好久没有动键盘敲文章了，目前笔者手生的不行，虽然笔者的文笔稀烂，但是也不妨碍笔者追求知识的脚步。今天的话题是盘点一下有机反应的基本类型和部分的反应机理。笔者知识能力有限，第一次在贵论坛写文章，还请各位大牛指正小弟。有机反应主要分为【1】自由基反应；【2】离子型反应；【3】协同反应，这三种基本反应类型。这每大块如果要讲得清清楚楚的话，文章篇幅那就会飚到万字论文级的了，因此笔者只在此做简要介绍。可以先看看下图的Mind Map，笔者下文的思路就按照这个来。初中我们判断一个反应的原则是有没有新物质生成，高中更进一步，有没有旧化学键的断裂和新化学键的生成。有机物一般是C、H、N、O等原子通过共价键连接的。共价键如何断裂和有机反应类型息息相关。【自由基反应】上文提到的自由基反应和均裂反应有关，均裂反应是指:共价键断裂时原成键的一对电子平均分给2个原子或基团，共用电子对各取一半形成了自由基。比如甲烷和氯气在光照下的反应是一种自由基取代反应。【自由基取代反应】这里不妨用甲烷和氯气的反应举例，谈谈自由基取代反应机理，自由基取代反应是一种链式反应分为链引发、链增长、链终止三个阶段。在光照条件下，一当量的氯气分子发生均裂反应，形成了2个氯自由基，此过程称为链引发阶段；氯自由基电负性大，反应活性高，结合甲烷的氢原子生成氯化氢和碳碳自由基，碳自由基继续和氯分子反应，继续生成高活性的氯自由基和产物氯甲烷，此过程得到了氯取代产物，同时也生成了能够继续反应的氯自由基，这过程为链增长阶段。最后氯自由基结合成氯分子不在为非作歹，其他自由基也嫁鸡随鸡嫁狗随狗变成了稳定分子，没有新的自由基产生，达到链终止阶段。【自由基加成反应】溴化氢的与不对称烯烃加成反应是一类亲电加成反应（本文后面会提及这个类反应）一般是符合马氏规则的（Markovnikov principle），但是自由基加成反应得到的是反马氏产物。笔者以过氧化合物催化氢溴酸与不对称烯烃加成为例，讨论其反应机理。与自由基取代反应类似，自由基加成反应也经历了链引发、链增长、链终止三个阶段，过氧化物在此反应过程中起到了链引发剂的作用。烷氧基结合溴化氢的氢原子，得到高活性的溴自由基，溴自由基“横冲直撞”进攻不对称烯烃得到了碳自由基，值得注意的是此时有生成伯碳自由基和叔碳自由基2种方式，由于叔碳自由基比伯碳自由基更稳定，向叔碳自由基的转化的倾向更大。最后溴自由基相遇形成稳定溴分子，其他自由基也各回各家，各找各妈形成稳定的分子。值得注意的是，自由基反应一般释放能量，而且反应速度很快。【协同反应】协同反应是指反应过程中只有键变化的过渡态，成键和断键同时发生，没有活性中间体生成。协同反应也称为分子型反应，其特点是一步反应，有一个环状过渡态。协同反应从不拈花惹草，条件专一，受光和热影响，其反应速率很少受到溶剂极性、酸碱催化剂、自由基引发剂抑制剂影响。这里不妨以Name Reaction中的Diels-Alder反应谈谈其反应机理。Diels-Alder反应是指含有一个活泼的双键或三键的化合物（称为亲双烯体）与共轭二烯烃（双烯体）发生1，4加成，生成稳定的环状化合物。反应时，双烯体和亲双烯体彼此靠近，相互作用，形成一个环状的过渡态，然后逐渐转化为分子。相互作用时，一般是双烯体的HOMO的电子流入亲双烯体的LUMO形成过渡态，稳定后即为产物。Diels-Alder反应是一类高效的成环反应，在有机合成里面用的颇多。【离子型反应】离子型反应是共价键异裂导致的，键断裂时原成键的一对电子为某一原子或基团所占有。由于一般离子的稳定性比自由基高得多，所以反应类型也很多花样。从上文mind map中可以看到离子反应是占大块的，主要占有机反应的90%。离子反应分为亲电反应和亲核反应，这两种反应可以都细分为取代反应和加成反应。首先说说亲电反应和亲核反应的区别吧，这两大反应是根据进攻试剂的种类而分的。进攻试剂分为亲电试剂和亲核试剂。亲电试剂一般都是带正电荷的试剂或具有空的p 轨道或者d轨道，能够接受电子对的中性分子，亲电试剂大多数是带有正电荷的，容易结合底物的负电部分，发生亲电反应。常见的亲电子试剂有阳离子（如H﹢ 和 NO2﹢）、 极性分子（如卤化氢、 卤代烃、 酰卤和羰基化合物）、可极化中电性分子（如Cl2 和 Br2）、 氧化剂以及某些Lewis酸（如 BH3 和 DIBAL）亲核试剂一般含有孤对的电子，通常带负电荷或者是Lewis碱，亲核试剂的负电部分能够进攻底物的正电部分而发生亲核反应。常见的亲核试剂HO-、RO-、CN-、X-、 H2O、NH3和ROH等。【亲电取代反应】亲电取代反应，是亲电试剂进攻化合物负电部分，取代其它基团的化学反应。亲电取代反应的底物主要是芳香环（一般是苯环或者有芳香性的杂环化合物），具体反应机理为亲电试剂的正电性部分先和芳香形成π络合物，然后再转化为σ络合物，由催化剂或路易斯碱拔去质子氢回到芳环结构。苯环上常见的亲电取代反应有卤化反应、硝化反应、磺化反应、付克烷基化反应、付克酰基化反应和氯甲基化反应。下图是亲电取代反应的机理。这里我们以苯的溴化反应为实例，分析其反应机理。在催化剂三溴化铁的作用下，溴分子极化，其中溴正离子与苯形成络合物，脱去一质子氢回到苯环结构。值得注意的是，对于付克烷基化反应，亲电试剂会生成碳正离子，可能会发生重排，得到的取代产物可能不是预想的结果。【亲电加成反应】亲电加成反应一般是指π电子与亲电试剂作用，消除该不饱和键的反应。相对σ键，π键较弱，容易给亲电试剂提供电子。亲电加成反应主要有碳正离子机理、环鎓离子机理、离子对机理以及三中心过渡态机理，这里我主要介绍前两种机理。（碳正离子机理）与自由基加成反应不同，亲电加成反应大多数都符合符合马氏规则。先看一下经由碳正离子历程的亲电加成。进攻的亲电试剂是卤化氢一般发生的是碳正离子机理，质子氢从卤离子上脱去，破坏较弱的π键，产生中间体碳正离子，然后亲电试剂的负电部分卤离子加成到碳正离子上。值得注意的是卤离子和碳正离子形成卤代烷速率非常快，该反应的最终速度取决于碳正离子生成的那一步。卤离子进攻碳正离子的方向不同，也会有顺式加成和反式加成两种产物。由于中间体有碳正离子生成，可能会发生碳正离子的重排现象。（鎓离子机理）产生鎓离子机理的进攻试剂一般是卤素。溴分子靠近π键时，受到π电子云吸引，产生极化，π键打开与溴正离子形成了比较稳定的环溴鎓离子中间体和溴负离子。由于空间位阻，溴负离子从背面进攻其中的一个碳，破坏环状结构生成反式的邻二溴烃，此步的反应较快，因此反应的决速步骤是形成环鎓离子中间体。如图是环溴鎓离子中间体，溴负离子只能从背面进攻其中一个碳。对比与碳正离子机理，鎓离子机理的最终产物是反式的邻二卤化烃，而前者顺反两种都有，环鎓离子不会有前者的重排现象。两者的决速步骤都是第一步反应。【亲核取代反应】亲核取代反应一般发生在含有(C-X)的结构中，卤原子电负性比碳大，电子云偏向卤原子那端，碳带部分正电荷，从而容易被亲核试剂进攻发生该类反应。亲核取代反应分为单分子亲核取代反应（SN1反应）和双分子亲核取代反应（SN2反应）。下面具体介绍这2种机理。（单分子亲核取代反应）单分子亲核取代反应一般发生在叔碳和仲碳卤代烃，反应过程有碳正离子的生成，为2步反应。首先是离去基团离去，生成碳正离子，亲核试剂能够从两侧之一进攻碳正离子，机会都是50%。如果碳正离子原来是手性碳，则得到的产物是一部分保持原来的构型（如路径1），另一部分构型会反转（如路径2），产物表现为外消旋化。单分子亲核取代反应的速率主要受底物浓度影响，亲核试剂的浓度对反应的速率影响并不大。反应的决速步是中间体碳正离子的生成。（双分子亲核取代反应）双分子亲核取代反应的特点是有反应是一步完成，生成产物。该反应一般发生在伯卤代烃和仲卤代烃之间，其反应速率受到底物和亲核试剂的双重影响。由于没有碳正离子生成，所以产物通常不会发生重排。首先亲核试剂（此处用氢氧根举例）进攻α碳（由于溴原子的体积较大，亲核试剂从其背面进攻更为容易），形成高能量的过渡态，然后碳溴键完全断裂、碳氧键完全形成，就行了稳定的产物和离去基团溴离子，生成的产物构型发生了反转。值得注意的是，SN1和SN2反应通常伴随着消除反应的发生，由于本文章主要介绍取代反应和加成反应，笔者将消除反应放在番外那里做简要介绍。【亲核加成反应】亲核加成反应的底物主要含羰基，由于氧的电负性高于碳，碳基碳带有一部分正电，从而容易吸引亲核试剂，发生反应。首先是亲核试剂进攻带有部分正电的羰基碳，π键断开形成氧负离子，然后氧负离子结合质子氢得到产物。值得注意的是亲核试剂进攻羰基碳是该反应的控速步，亲核加成反应的速率取决于被进攻碳的正电荷的多少和空间位阻。如果R基不是烷基而是空间大小适中的拉电子基团，反应速率会有明显的提升。番外：消除反应消除反应常常和亲核取代反应是相互竞争，常见的消除反应有单分子消除反应（E1反应）、双分子消除反应（E2反应）、E1cb反应和热解消除反应。对于这四种机理，笔者在此只做简单介绍。E1反应的机理是离去基团离去，生成碳正离子，同SN1反应是2步反应，这时候氢氧根发挥的是碱的作用，拔去β碳上的氢，β碳与碳正离子形成π键，产物有顺式和反式两种。β碳上的氢越多，碱性越强，离去基团越容易离去，则E1反应对SN1反应的干扰越大。E2反应也和SN2反应一样要是一步反应，有过渡态。烷氧负离子结合β碳上的氢准备拔去，离去基团溴也准备离去，最后形成π键。E1cb反应会有碳负离子生成，碱拔掉β碳上的氢，得到碳负离子，离去基团离去，形成双键。一般来说，β碳上连有强的吸电子基团会容易发生该反应。热解消除反应无需其他的试剂，在加热条件下，其自生会失去β碳上的氢和离去基团，是一种分解反应，其过程主要亮点是有一个环状过渡态。关于消除反应和亲核取代反应，一般来说，试剂的亲核性越高越容易发生亲核取代反应，碱性越大越容易发生消除反应，β碳上的氢越多也越容易发生消除反应。反应是单分子和双分子则看试剂的极性，极性溶剂利于单分子反应，非极性溶剂利于双分子反应。}

Diels-Alder反应是指共轭双烯与含有双链或三键化合物作用，生成六元环化合物的反应。1928年，狄尔斯和阿尔德在研究1,3-丁二烯和顺丁烯二酸酐德相互作用时发现了此类反应。D-A反应本质是双烯体和亲双烯体进行的[4+2]环加成反应；只有顺式构象的二烯体才能与亲双烯体发生D-A反应。双烯体一般分为：开链顺式共轭双烯类，环内双烯类和跨环双烯类；亲双烯体种类为：双键类亲双烯体，三键类亲双烯体和含其它原子的杂亲二烯体等。双烯体和亲双烯体的取代基不同，对不同类型的Diels-Alder反应活性的影响也是不相同的。当双烯体分子中含有给电子取代基，而亲双烯体分子中含有吸电子取代基时，会加快此类反应的进行。D-A反应具有以下特点：反应可逆；自发进行，一般不用催化剂；反应是立体专一性的顺式加成；反应具有很强的区域选择性。反应机理广泛接受的是一步协同机理不对称D-A反应D-A反应可以生成高达四个手性中心，并具有高度的区域选择性和立体选择性，尤其在手性Lewis酸配合物的催化下，能提高活性化合物的选择性。其不对称诱导遵循以下规律：1、Syn加成—原料双键的相对构型在产物中保留；2、endo规则—动力学控制下，endo产物占绝对优势；3、不对称取代的组分进行D-A反应，具有区域选择性；4、具有对映位面的双烯和亲双烯体组分进行D-A反应时，有两个对映体生成，可以通过手性催化剂等控制两个对映体之一过量。反应实例参考文献1. Diels, O., Alder, K. 1926, 450, 237-254.2. Diels, O., Adler, K. Ann. 1928, 460, 98-122.3. Diels, O., Alder, K. Ber. 1929, 62B, 2087-2090.4. Boger, D. L., Ichikawa, S., Jiang, H. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12169-12173.5. Lee, T. W., Corey, E. J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1872-1877.6. Allen, J. G., Danishefsky, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 351-352.摘自：有机人名反应——机理及应用 第四版，Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis滑动查看更多无套路资料有机大牛Jie Jack Li的人名反应四部曲，分类讲解人名反应大神整理的600多个有机反应卡片，绝了（PDF版）有机反应机理书写的艺术英文版+中文版+课后答案辉瑞公司总结的近400个药物的全合成路线汇总(PDF版)《Science》《Nature》2018-2019年全部PDF重磅！JACS中的全合成（一）重磅！Angew中的全合成（一）最全的氟化资料，服不服史上最全保护基大总结钯催化胺化反应不会选膦配体？Buchwald写了份用户指南Pd/C除了加氢还原还能干什么？Pd/C 催化有机反应大总结英文版看着费劲？命名反应战略性应用中文版来啦史上最全的官能团大总结Mitsunobu反应在有机合成中应用文献汇总三氟化硼在有机合成中应用文献汇总氧化醇到醛酮方法汇总分享三个学习有机化学的良心APP一份详细介绍卤键的综述含氟药物资料汇总含溴药物品种资料汇编溴代资料分享分享一些中文版人名反应资料吧来自清华的有机化学课（视频+ppt）Tohru Fukuyama课题组组会20年的有机反应机理题与解析有关环的反应的一切，这份课件做了总结这些有机化学讲义和课件你必须收藏视频课来啦！催化有机金属化学--Catalytic Organometallics视频课来啦！化学计量有机金属化学-Stoechiometric Organometallics视频课来啦！有机合成设计-Designing Organic Syntheses一套非常全面的有机化学总复习课件，适合考试做题重磅！来自哈佛的215个必学有机反应总结来自各大高校的分析化学/仪器分析讲义足足49页！史上最全的有机化合物官能团的特征红外吸收频率表NMR常见试剂溶剂峰，没有比这里更全了10G红外、紫外、质谱、核磁学习资料你是我的眼，气相色谱集来啦你是我的眼，液相色谱集来啦收集齐了！药物红外光谱集来啦核磁共振（NMR）资料大合集来啦史上最全Origin学习资料chemdraw教程大合集“生化环材”SCI作图案例素材分享来自药明的柱层析技术来自药明的TLC薄层析技术}