反應機理與中間體
基元步驟
想像描述一次穿越城市的旅程。你可以說「我從家到了公司」(整段行程),也可以把每一段不間斷的路程列出來:走到車站、坐火車、走到辦公室。基元步驟就是反應中這樣一段不間斷的路程,一個一氣呵成、中途不出現任何中間物種的單一事件。
在一個基元步驟裡,少數幾根鍵在一次協同的動作中一起斷裂和生成,越過單獨一個能壘(一個過渡態)。因為它是單一的物理事件,它的速率方程可以直接由「需要幾個分子碰撞」推出:如果一個分子自己重排,這一步就是單分子的、一級的;如果兩個分子必須相遇,就是雙分子的、二級的。這是化學中唯一一個可以直接從方程式讀出速率方程的地方,而對於總反應你絕對不能這麼做。
機理就是把一個個基元步驟串接起來搭成的。在某一步末尾出現、又被下一步消耗掉的物種,就是活性中間體。逐步理解讓化學家能夠找出哪一步最慢(決速步驟),從而掌控整個反應的快慢。一個配平的總方程式對各步驟隻字未提;你必須提出步驟並加以檢驗。
烯烴的酸催化反應常分兩個基元步驟:先是烯烴抓住一個質子生成碳正離子(慢),然後碳正離子捕獲一個親核試劑(快)。
兩段簡單的路程構成整段行程;每段是一個基元步驟,各有自己的能壘。
你可以直接從基元步驟的分子數讀出速率方程,但絕不能對總(多步)方程式這麼做,因為總速率由最慢的一步及其之前的步驟決定。
又稱
另見