從烷烴實驗台到真正的選擇性
在烷烴那章，你見過了自由基鏈及其三個節拍——引發用光或熱點燃引線，兩步鏈增長像傳接力棒一樣把自由基傳來傳去，鏈終止則在兩個自由基相遇時了結一股。你也見過它的大毛病：氯太活潑，幾乎逮著哪個氫就抓哪個，給出一團亂；而溴更挑剔。本篇不再把那條鏈重新推一遍，而是問一個更成熟的問題——*化學家究竟怎樣有意識地利用自由基？*——答案全繫於選擇性：在幾十根鍵裡，讓某一根偏偏斷開。
接下來的一切由兩條主線掌控。第一條是哪個自由基*最穩定*，因為一個慢、挑剔的試劑會朝著最容易、最能帶來穩定的那個氫偏過去。那道大致熟悉的階梯——叔在仲之上、仲在伯之上、伯在甲基之上——這裡又加進兩位坐得更高的新冠軍：緊挨雙鍵的自由基（烯丙位）和緊挨苯環的自由基（苄位）。兩者格外穩定，是因為那個孤單的電子不再被困在一個碳上；它通過共振攤佈到一整片離域的 pi 體系上。第二條主線則是純粹的活性：活性越低的試劑，選擇性越高。攥住這兩個念頭，本篇餘下的內容便會自然展開。
NBS：只打在烯丙位與苄位
來看一個真實的難題。你手上有一個烯烴——比方說環己烯——你想給緊挨雙鍵的那個碳（烯丙位）溴代，卻不碰雙鍵本身。可分子溴 Br2 偏偏鍾愛雙鍵：它會一閃即逝地加到雙鍵兩端，給出一個二溴化物，就是你在烯烴那章見過的離子反應。你要是把 Br2 倒在環己烯上，得到的是加成，而不是你想要的烯丙位產物。竅門在於把溴的濃度壓得低得離譜——低到餵不動那個快的離子加成，卻恰好夠餵一條慢的自由基鏈。做到這件事的試劑就是 NBS（N-溴代丁二醯亞胺），一種溫和的固體溴源，一次只滴出一丁點 Br2。
為什麼這條自由基鏈單挑烯丙位的氫，而無視其他的？純粹是穩定性。溴自由基去奪烯丙位的氫，是因為留下的那個碳自由基是烯丙基式的——受共振穩定，孤單的電子被分攤在體系兩端。那是一個比尋常氫容易得多、也「下坡」得多的氫，所以挑剔的溴自由基幾乎只挑它。同樣的邏輯讓 NBS 成了苄位溴代的首選：接在苯環上的那個碳上的氫，會給出一個苄基自由基，同樣攤佈在環上，同樣受偏愛。NBS 就是你已經認識的那種粗放烷烴鹵代的實用、有選擇性的同胞。
反馬氏加成的 HBr：反著進行的加成
現在把烯烴的角色翻過來。這一次不是從雙鍵旁的碳上*拿走*一個氫，而是*加到*雙鍵兩端——但走自由基的路線，結果叫人吃驚。當 HBr 以尋常的離子方式加到烯烴上時，它遵循馬氏規則：質子加到本來氫就更多的那個碳上，於是溴落在取代程度更高的碳上。記住，真正的原因在於這條規則講的是最穩定的碳正離子中間體——H+ 會加在能搭出更穩定正電荷的那一處。然而，只要加進一丁點過氧化物作自由基引發劑，溴就會落在*相反*的那個碳上。同樣的試劑，調轉了的區域化學。
這種翻轉並不神奇；它不過是把同一條穩定性規則用到了*自由基*而非正離子身上，並且把兩塊的先後次序對調了。在離子路線裡，H+ 先加，碳正離子隨之生成。在自由基路線裡，是溴自由基*先*加。於是我們要問的是：溴該進攻哪個碳，才能留下更穩定的*碳自由基*——而自由基和正離子一樣，坐在取代程度更高的碳上最穩定。所以 Br 加到取代程度*更低*的碳上（把自由基留在更高取代的那個碳上），氫則最終落在取代程度更高的碳上。這恰是馬氏規則的鏡像，所以我們叫它反馬氏加成。
- 引發。過氧化物裡那根弱的 O–O 鍵均裂成兩個氧自由基，它們再從 HBr 上奪走一個氫，生成一個溴自由基 Br。這是唯一需要過氧化物的一步。
- 鏈增長，第一步。溴自由基加到 C=C 取代程度較低的那一端，搭出更穩定（取代程度更高）的碳自由基。正是這一個抉擇，定下了反馬氏的結局。
- 鏈增長，第二步。那個碳自由基從一個新的 HBr 上奪走一個氫，給出成品溴代烷，並再生一個溴自由基，重新開始第一步。鏈就這樣轉動起來。
當自由基失控：自氧化與燃燒
正是那個讓鏈如此多產的特徵——一個自由基不斷再生出另一個，一圈又一圈——也正是無人掌舵時讓自由基變得危險的原因。經典的慢例就是自氧化：尋常的分子氧 O2 碰巧是個穩定的雙自由基（它帶著兩個未成對電子），它會悄悄去攻擊脂肪、油，乃至你細胞膜裡脂質的那些弱鍵。它從一個不飽和的脂肪酸上拔走一個烯丙位型的氫，碳自由基隨即抓住 O2 生成一個過氧化物，而那個過氧化物又把鏈傳給下一個分子。這就是奶油變哈喇、食用油發出哈喇味、油漆在空氣中變硬背後的化學——一條在室溫下爬過你食品櫃的自由基鏈。
燃燒是同一類化學，只是鬆開了剎車。讓一種烴在空氣中燃燒，是一條失控的自由基鏈，其中引發、鏈增長以及大量的支鏈步驟層層疊疊、快到放出的熱和光不斷生成新的自由基——那種自我放大的洪流，正是我們體驗到的火焰。值得把自氧化和燃燒看作同一個底層過程的兩種速度：氧這個自由基，在啃食 C–H 鍵。一個在奶油碟裡花上幾個月慢慢爬；另一個在幾分鐘內轟然穿過一根木頭。區別在於速率和鏈的支化，而不是另一種化學。
抗氧化劑：如何在食物裡、在你體內叫停一條鏈
如果一條鏈之所以存活，是因為每個自由基都生出一個新的，那麼殺死它的辦法，就是餵給它一個*無法*繼續傳下去的自由基。這正是抗氧化劑所做的事。像維生素 E（存在於植物油裡）或 BHT（麥片盒上列著的那種防腐劑）這樣的分子，會向那個四處劫掠、傳遞鏈條的自由基交出一個氫，把它淬滅——而留在抗氧化劑上的那個新自由基，被共振穩定地攤進它的芳環裡，穩到寧可安坐不動，也不去從下一個脂肪酸身上撕氫。鏈就此走進了死胡同。一個抗氧化劑分子能擦掉一個正在傳遞的自由基、叫停一整股鏈，這正是為什麼一小撮就能頂很久。
radical stability ladder (most stable on top): benzylic ~ allylic > 3deg > 2deg > 1deg > methyl (resonance-delocalized) (hyperconjugation only) chain killer: R-O-O* + Antioxidant-H -> R-O-O-H + Antioxidant* (the Antioxidant* radical is too stable to continue -> chain ends)
同一齣戲也在你體內上演。活潑的氧自由基是呼吸不可避免的副產物，若放任不管，它們就會以這條一模一樣的鏈去氧化你膜裡的脂質。你的身體用自己的抗氧化劑來應對——嵌在膜裡的維生素 E、在含水細胞質中的維生素 C，以及一些能拆解過氧化物的酶。不過有一句誠實的提醒：從「抗氧化劑能在試管裡叫停一條自由基鏈」一躍到「大劑量抗氧化劑能預防疾病」，證據並不充分，一些大型的高劑量補劑試驗發現沒有獲益、甚至有害。機理是真實而漂亮的；建立在其之上的健康宣稱則是另一個問題，單靠化學並不能下定論。