【ART笔记与补充】第五章:自由基反应绪论

如题所述


自由基世界:探索化学反应的精髓


自由基,这些携带着电子渴望的孤魂,是化学反应中的关键角色。它们的电中性特性,由n、π和σ电子的平衡决定,赋予了烷基自由基如3°>2°>1°>甲基的独特稳定性序列。碳自由基的稳定性,得益于电子云的分布,富电子π键的保护使其更稳固。自由基的稳定性深受电子密度梯度(EDG)和电子弱点(EWG)的微妙影响,BDE值越小,自由基的稳定性越高。在反应环境中,选择高X—H键BDE的溶剂,有助于自由基的持久存在。


断裂与新生:引发剂的力量


自由基的生成往往源于键的断裂,如过氧化苯甲酰和AIBN,后者虽然活性高但副反应多,因此AIBN成为更为常用的选择。BR3和O2作为引发剂相对较少见,氧气在自然状态下往往抑制自由基的产生,但在光照下,某些化合物会经历意想不到的化学变化,如生成卡宾或氮烯。


光的力量:激发与跃迁


光激发是激发自由基的重要方式,通过π键的电子跃迁,特别是对1,2双自由基来说,这是自然的舞台。光激发使电子从π轨道跃迁,弱键易在此过程中活跃起来。


电子的舞蹈:单电子氧化与环合


单电子氧化剂如碱金属、SmI2和胺类,通过共振结构清晰展示了电子的转移路径。环合芳构化,如Bergman环化反应,将高度不饱和化合物转化为双自由基,是自由基反应中的精彩瞬间。


自由基的戏剧:八种舞蹈步法


自由基与π键的互动丰富多样,包括对π键的加成,位置选择可能与亲核试剂不同;碎裂反应,是对加成的逆过程,产生新的自由基;提取反应,通过BDE衡量,涉及氢或卤素原子的提取,揭示了化学反应的深度。


在自由基反应的舞台上,链反应和非链反应机制各具特色。经验法则指出,那些能迅速“淬灭”自由基的反应通常是非链性质,而光化学反应等生成相似自由基的过程,同样属于链反应的范畴。然而,链反应的开展需要特定的引发条件,每一次自由基的跳跃都是一次化学反应的微妙转变。


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