自由基与有机金属化学

极性反转

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Umpolung 是一个德语词,字面意思是「极性反转」,它命名了合成中最巧妙的想法之一:刻意翻转一个原子通常的电性,让它做与平时相反的事。原本亲电(缺电子、被进攻)的碳,经过极性反转就变成亲核(富电子、去进攻)的,反之亦然。

为什么要这么做?因为碳天然的极性预先设定了哪些原子会与哪些原子成键的默认格局。在羰基中,碳带部分正电、氧带部分负电,所以亲核试剂会去进攻那个碳。但有时你想形成的键,需要那里有一个富电子的碳,恰恰相反。有机金属试剂就是经典的解答:在卤代烷 R-X 中碳是亲电的,但把它转化成格氏试剂 R-MgX 或有机锂 R-Li,这同一个碳就变成了强亲核试剂,因为碳-金属键朝碳一侧极化。极性被反转了。现在这个一度亲电的碳,就能去进攻另一个亲电的碳(比如羰基),形成一根普通极性逻辑永远无法形成的 C-C 键,因为两个亲电的碳根本不会彼此成键。

极性反转是一种统一的视角,用来理解有机金属试剂为何如此强大、乃至它们为何存在。格氏试剂、有机锂试剂和吉尔曼试剂全都是极性反转的工具:它们把一个通常亲电的碳,交给你它亲核的版本。能识别出何时需要一个极性反转试剂、而非一个普通亲核试剂,是设计合成时的一项关键规划技能。

在溴甲烷(CH3Br)中碳是亲电的;把它变成 CH3MgBr,这同一个碳就变成亲核的,于是它现在能去进攻醛的亲电羰基碳,而这种键用通常的方式是不可能形成的。

同一个碳,相反的角色:卤化物里亲电的碳,在 RMgX 中变成了亲核试剂。

极性反转描述的是反应性(极性)的改变,而不是碳实际氧化态或身份的改变;还是同一个碳原子,只是扮演了相反的电子角色。

又称
polarity reversalreversed polarity翻转极性颠倒极性