Organic Chemistry 101 之淺講有機(jī)化學(xué)機(jī)理書(shū)寫(xiě)中的箭頭
在有機(jī)化學(xué)的機(jī)理書(shū)寫(xiě)中,箭頭,也就是arrow,是一個(gè)很重要的組成元素。在正式開(kāi)始系統(tǒng)學(xué)習(xí)有機(jī)機(jī)理的書(shū)寫(xiě)前,很多同學(xué)對(duì)此都會(huì)疑惑,箭頭到底是什么意思,應(yīng)該怎么畫(huà)?本文旨在簡(jiǎn)要講解這個(gè)問(wèn)題。
首先,我們來(lái)講解一下在有機(jī)化學(xué)機(jī)理書(shū)寫(xiě)中,箭頭的意義。
在有機(jī)化學(xué)機(jī)理中,箭頭是用于表示電子轉(zhuǎn)移的符號(hào)。箭頭的指向即為電子轉(zhuǎn)移的方向,換言之,箭頭的起始端是電子,末端是電子要轉(zhuǎn)移到的目的地,例如下圖:

箭頭意為羰基中的一對(duì)電子從雙鍵上轉(zhuǎn)移到氧原子上,轉(zhuǎn)移后雙鍵變單鍵,氧原子帶一個(gè)負(fù)電荷,碳原子帶一個(gè)正電荷。上述例子中的箭頭用來(lái)表示分子內(nèi)部的電子轉(zhuǎn)移。實(shí)際上,箭頭也用來(lái)表示分子間的電子轉(zhuǎn)移,如下圖所示:

在上圖中箭頭意為苯環(huán)上的電子轉(zhuǎn)移到碳正離子上,正電荷轉(zhuǎn)移到苯環(huán)上,形成了新的碳碳鍵。
其次,我們講解一下箭頭的分類。
在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的書(shū)寫(xiě)中,除去表示反應(yīng)變化的箭頭外,有兩種箭頭:全箭頭(又稱普通箭頭)與半箭頭(又稱魚(yú)鉤箭頭)。
全箭頭用于表示一對(duì)電子(也就是2個(gè)電子)的轉(zhuǎn)移,我們還是以上面所提到的圖為例:

在上圖中,苯環(huán)上一對(duì)電子(也就是寫(xiě)法上的π鍵的鍵合電子)從苯環(huán)上轉(zhuǎn)移到碳正離子上。成對(duì)電子的轉(zhuǎn)移往往會(huì)意味著電性分布發(fā)生變化,比如正電荷或者負(fù)電荷的遷移,原本電中性的分子或者分子片段分別產(chǎn)生正電荷中心和負(fù)電荷中心,再或者正電荷中心和負(fù)電荷中心發(fā)生中和。
半箭頭用于表示單個(gè)電子的轉(zhuǎn)移。以下圖為例:

上圖意為異丙基自由基和芐基自由基各自貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子,湊成一對(duì)電子成鍵。一般地,半箭頭主要出現(xiàn)在自由基反應(yīng)機(jī)理當(dāng)中,在鏈引發(fā)、鏈轉(zhuǎn)移、鏈終止的環(huán)節(jié)均會(huì)出現(xiàn)。
最后,我們簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)在書(shū)寫(xiě)有機(jī)反應(yīng)機(jī)理時(shí),畫(huà)箭頭應(yīng)該注意的事項(xiàng):
箭頭不能穿過(guò)化學(xué)鍵或者原子,必須繞開(kāi)它們。
在一步基元反應(yīng)(從一個(gè)中間體到另一個(gè)中間體的過(guò)程)中,一般不能出現(xiàn)3個(gè)以上的箭頭。
箭頭只能改變體系的電子分布,不能改變其電子總數(shù)。