从烷烃实验台到真正的选择性
在烷烃那章，你见过了自由基链及其三个节拍——引发用光或热点燃引线，两步链增长像传接力棒一样把自由基传来传去，链终止则在两个自由基相遇时了结一股。你也见过它的大毛病：氯太活泼，几乎逮着哪个氢就抓哪个，给出一团乱；而溴更挑剔。本篇不再把那条链重新推一遍，而是问一个更成熟的问题——*化学家究竟怎样有意识地利用自由基？*——答案全系于选择性：在几十根键里，让某一根偏偏断开。
接下来的一切由两条主线掌控。第一条是哪个自由基*最稳定*，因为一个慢、挑剔的试剂会朝着最容易、最能带来稳定的那个氢偏过去。那道大致熟悉的阶梯——叔在仲之上、仲在伯之上、伯在甲基之上——这里又加进两位坐得更高的新冠军：紧挨双键的自由基（烯丙位）和紧挨苯环的自由基（苄位）。两者格外稳定，是因为那个孤单的电子不再被困在一个碳上；它通过共振摊布到一整片离域的 pi 体系上。第二条主线则是纯粹的活性：活性越低的试剂，选择性越高。攥住这两个念头，本篇余下的内容便会自然展开。
NBS：只打在烯丙位与苄位
来看一个真实的难题。你手上有一个烯烃——比方说环己烯——你想给紧挨双键的那个碳（烯丙位）溴代，却不碰双键本身。可分子溴 Br2 偏偏钟爱双键：它会一闪即逝地加到双键两端，给出一个二溴化物，就是你在烯烃那章见过的离子反应。你要是把 Br2 倒在环己烯上，得到的是加成，而不是你想要的烯丙位产物。窍门在于把溴的浓度压得低得离谱——低到喂不动那个快的离子加成，却恰好够喂一条慢的自由基链。做到这件事的试剂就是 NBS（N-溴代丁二酰亚胺），一种温和的固体溴源，一次只滴出一丁点 Br2。
为什么这条自由基链单挑烯丙位的氢，而无视其他的？纯粹是稳定性。溴自由基去夺烯丙位的氢，是因为留下的那个碳自由基是烯丙基式的——受共振稳定，孤单的电子被分摊在体系两端。那是一个比寻常氢容易得多、也“下坡”得多的氢，所以挑剔的溴自由基几乎只挑它。同样的逻辑让 NBS 成了苄位溴代的首选：接在苯环上的那个碳上的氢，会给出一个苄基自由基，同样摊布在环上，同样受偏爱。NBS 就是你已经认识的那种粗放烷烃卤代的实用、有选择性的同胞。
反马氏加成的 HBr：反着进行的加成
现在把烯烃的角色翻过来。这一次不是从双键旁的碳上*拿走*一个氢，而是*加到*双键两端——但走自由基的路线，结果叫人吃惊。当 HBr 以寻常的离子方式加到烯烃上时，它遵循马氏规则：质子加到本来氢就更多的那个碳上，于是溴落在取代程度更高的碳上。记住，真正的原因在于这条规则讲的是最稳定的碳正离子中间体——H+ 会加在能搭出更稳定正电荷的那一处。然而，只要加进一丁点过氧化物作自由基引发剂，溴就会落在*相反*的那个碳上。同样的试剂，调转了的区域化学。
这种翻转并不神奇；它不过是把同一条稳定性规则用到了*自由基*而非正离子身上，并且把两块的先后次序对调了。在离子路线里，H+ 先加，碳正离子随之生成。在自由基路线里，是溴自由基*先*加。于是我们要问的是：溴该进攻哪个碳，才能留下更稳定的*碳自由基*——而自由基和正离子一样，坐在取代程度更高的碳上最稳定。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个碳上），氢则最终落在取代程度更高的碳上。这恰是马氏规则的镜像，所以我们叫它反马氏加成。
- 引发。过氧化物里那根弱的 O–O 键均裂成两个氧自由基，它们再从 HBr 上夺走一个氢，生成一个溴自由基 Br。这是唯一需要过氧化物的一步。
- 链增长，第一步。溴自由基加到 C=C 取代程度较低的那一端，搭出更稳定（取代程度更高）的碳自由基。正是这一个抉择，定下了反马氏的结局。
- 链增长，第二步。那个碳自由基从一个新的 HBr 上夺走一个氢，给出成品溴代烷，并再生一个溴自由基，重新开始第一步。链就这样转动起来。
当自由基失控：自氧化与燃烧
正是那个让链如此多产的特征——一个自由基不断再生出另一个，一圈又一圈——也正是无人掌舵时让自由基变得危险的原因。经典的慢例就是自氧化：寻常的分子氧 O2 碰巧是个稳定的双自由基（它带着两个未成对电子），它会悄悄去攻击脂肪、油，乃至你细胞膜里脂质的那些弱键。它从一个不饱和的脂肪酸上拔走一个烯丙位型的氢，碳自由基随即抓住 O2 生成一个过氧化物，而那个过氧化物又把链传给下一个分子。这就是黄油变哈喇、食用油发出哈喇味、油漆在空气中变硬背后的化学——一条在室温下爬过你食品柜的自由基链。
燃烧是同一类化学，只是松开了刹车。让一种烃在空气中燃烧，是一条失控的自由基链，其中引发、链增长以及大量的支链步骤层层叠叠、快到放出的热和光不断生成新的自由基——那种自我放大的洪流，正是我们体验到的火焰。值得把自氧化和燃烧看作同一个底层过程的两种速度：氧这个自由基，在啃食 C–H 键。一个在黄油碟里花上几个月慢慢爬；另一个在几分钟内轰然穿过一根木头。区别在于速率和链的支化，而不是另一种化学。
抗氧化剂：如何在食物里、在你体内叫停一条链
如果一条链之所以存活，是因为每个自由基都生出一个新的，那么杀死它的办法，就是喂给它一个*无法*继续传下去的自由基。这正是抗氧化剂所做的事。像维生素 E（存在于植物油里）或 BHT（麦片盒上列着的那种防腐剂）这样的分子，会向那个四处劫掠、传递链条的自由基交出一个氢，把它淬灭——而留在抗氧化剂上的那个新自由基，被共振稳定地摊进它的芳环里，稳到宁可安坐不动，也不去从下一个脂肪酸身上撕氢。链就此走进了死胡同。一个抗氧化剂分子能擦掉一个正在传递的自由基、叫停一整股链，这正是为什么一小撮就能顶很久。
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)
同一出戏也在你体内上演。活泼的氧自由基是呼吸不可避免的副产物，若放任不管，它们就会以这条一模一样的链去氧化你膜里的脂质。你的身体用自己的抗氧化剂来应对——嵌在膜里的维生素 E、在含水细胞质中的维生素 C，以及一些能拆解过氧化物的酶。不过有一句诚实的提醒：从“抗氧化剂能在试管里叫停一条自由基链”一跃到“大剂量抗氧化剂能预防疾病”，证据并不充分，一些大型的高剂量补剂试验发现没有获益、甚至有害。机理是真实而漂亮的；建立在其之上的健康宣称则是另一个问题，单靠化学并不能下定论。