反應機理與中間體

碳正離子重排

碳正離子如此渴望變得更穩定,以至於有時會重建自己的骨架以達成目的。碳正離子重排,是指落在較不穩定碳上的正電荷,透過讓相鄰的原子或基團滑過來,跳到一個更穩定的位置。就好比一個站在難受位置的人,讓隔壁的人換過來,結果自己挪到了更舒服的地方。

常見的遷移有兩種。在氫遷移(氫負離子遷移)中,相鄰碳上的一個氫原子帶著它的成鍵電子對遷移到正碳上;正電荷就留在了那個鄰居身上。在甲基遷移或烷基遷移中,整個碳基團做同樣的事。關鍵在於遷移的基團帶著它的電子一起走,所以正離子從比如說一個二級碳挪到一個更穩定的三級碳。遷移只在能生成更穩定(或穩定性相當)的碳正離子時才發生;分子不會重排成更糟的東西。

重排既是著名的陷阱也是著名的線索。它解釋了為什麼一個反應能給出碳骨架相對起始物發生了重排的產物,這個結果會讓忘記正離子會遷移的學生大惑不解。重排的出現是碳正離子中間體生成的有力證據(因此機理是 SN1 或 E1,而非不允許重排的 SN2 或 E2)。那些避開碳正離子、或採用硼氫化等替代路線的反應,部分正是為了繞開這種骨架的「打亂」。

當 3-甲基-2-丁醇脫水時,最初的二級碳正離子發生氫遷移,變成更穩定的三級碳正離子,於是最終烯烴的雙鍵出現在一個意想不到的位置。

一個氫原子滑過去,電荷挪到更穩定的碳上,產物的骨架就變了。

只有電子和遷移的原子在動,而且只朝著更穩定的方向;碳正離子不會重排成更不穩定的正離子,而沒有碳正離子中間體的反應(SN2、E2)從不發生重排。

又稱
hydride shiftalkyl shift氢迁移甲基迁移