我們在討論親核性加成反應的時候說過，能夠形成「三級碳陽離子」的分子，進行取代反應會走SN1反應機制，而不是SN2反應機制。同樣的，在脫去反應中，如果「離去基」與「三級碳」連接，那這個脫去反應會傾向於E1反應機制。

有機化學的基礎308

1.      【載體分子結構 Substrate Structure】

2.      對「一級碳原子」進行的脫去反應，通常是E2反應機制。

3.      對「二級碳原子」中心進行的脫去反應，通常是E2反應機制但也可能走E1反應路徑。

u  下圖是E2脫去反應，一開始畫面中間的分子是載體分子CH3CH2Br，載體分子左上方的深紅色球代表「離去基Br」，右下方淺灰色球代表「氫原子H」，從右邊衝進來的是鹼「氫氧根離子OH^－」，由鮮紅球（氧O）與淺灰色球（氫H）組成。
動畫顯示「氫氧根離子OH^－」的「氧」吸走「載體分子CH3CH2Br」的「氫H」的同時，「離去基Br」也同步脫離。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》；圖片來源：Bluffton.edu、Ias.ac.in、Iverson.cm.utexas.edu、Wps.prenhall.com、Chemistry.about.com

研究心得：

1.      什麼是「載體」？化學反應來自於分子的碰撞。當「反應物質」受到周遭環境中分子、原子的碰撞，會產生化學變化，變成另外一種物質；受外在環境刺激而變化的物質，稱為「載體」。

u  下圖是SN2親核性取代反應機制，右下角由藍綠、螢光綠與白色組成的球團是「載體分子」，左上角衝過來撞擊載體的的紅白球團是「親核性試劑」。親核性試劑的紅球撞擊的「藍綠色球」是載體的「中心碳原子」。

2.      什麼是「SN1」與「SN2」反應機制？「SN」是指「親核性取代反應」。S是取代反應substitution reaction，指分子（載體）進行化學反應後，某部分的原子或原子群，被外來的其他原子或原子群取代。

3.      N是指撞擊載體的物質具有親核性nucleophilic或稱反應物質為親核性試劑nucleophiles，簡寫成「Nuc：」。

4.      脫離載體分子、被取代掉的原子或原子群稱為「離去基LG」；接上載體分子、取代離去基的原子或原子群是「親核性試劑Nuc：」。

5.      物質具有「親核性nucleophilic」的意思是，這個物質自己帶負電，因此喜歡接近或容易被帶正電的另一種物質吸引。

6.      有機分子的骨架是「碳原子」。當有機分子骨架上的1個碳原子上下左右連接著4個不同的原子，我們稱這個碳為「中心碳原子」，因為它是好幾個原子互相串連的中心點。下圖分子骨架上的黑球就是「中心碳原子」。

7.      「中心碳原子」的最外層電子都提供給周圍原子（取代基），滿足彼此最外層電子軌域對電子的需求，構成化學鍵。

8.      由於「中心碳原子」的最外層電子都提供出去當價電子，電子比較遠離原子核，因此中心碳原子會稍微帶正電，容易吸引帶負電的「親核性試劑」靠近鍵結。

9.      如果「中心碳原子」連接的原子或原子群（稱為「離去基」）強烈地喜歡搶奪別人的電子到自己的軌域，例如氯原子或氧原子，那中心碳原子的價電子就離得更遠了，因此帶有更強烈的正電性，更吸引帶負電的「親核性試劑」。

10. 如果有機分子的「離去基」成功地搶奪「中心碳原子」的電子離開，那缺電的中心碳原子就變成帶正電的「碳陽離子」，更容易吸引帶負電的「親核性試劑」。

11. SN1與SN2的數字「1」或「2」是指反應過程的速率決定步驟（速度最慢的步驟），是由1個分子單方面改變完成，還是2個分子同時改變完成。

12. SN1機制的親核性取代反應，它的速率決定步驟是載體分子自行丟掉「離去基」、單方面改變完成，與「親核性試劑」無關。等到「離去基」已經完全脫離載體分子，載體分子變成「碳陽離子」之後，「親核性試劑」才被吸引進行結合。

13. 當然SN1機制的載體分子的「離去基」會斷裂，原因還是來分子之間的碰撞，只是碰撞的對象不必是「親核性試劑」，可以是任何分子，而且斷裂的原因與碰撞的分子帶不帶負電或正電無關。

14. SN2機制的親核性取代反應，它的速率決定步驟是，載體分子受到「親核性試劑」的攻擊而撞開自己的「離去基」。

15. SN2親核性取代反應的速率決定步驟同時有2個分子在變動：親核性試劑、載體分子。

16. 為什麼能夠形成「三級碳陽離子」的分子，進行取代反應會走SN1反應機制，而不是SN2反應機制？

17. 化學反應的過程並不是一路順風，分子一碰撞就變成新產物，實際上，物質改變必須經歷無數次來來回回、反反覆覆的過程，物質同時面臨各種可能的化學反應互相競爭。

18. 載體分子的離去基脫離產生「碳陽離子」，可能吸引周遭的「親核性試劑」（原子或分子），也可能再吸引「離去基」回來鍵結。

19. 剛脫離的「離去基」通常比較靠近「碳陽離子」，所以如果「碳陽離子」周遭的取代基不夠多，一定馬上吸引離去基回頭鍵結，這樣脫去離去基的動作就失敗了。

20. 載體分子無法脫去「離去基」形成「碳陽離子」，也就無法進行SN1機制，只能進行不需要脫去「離去基」就可進行SN2機制，這就是取代基比較少的「一級碳」和「二級碳」分子的情形。

21. 相反地，如果分子的「離去基」脫離之後產生的「碳陽離子」，周遭的取代基很多，能適當地平衡「碳陽離子」的正電性，並且擋住「離去基」回頭鍵結，就可以進行SN1機制，這是取代基比較多「三級碳」分子的情形。

22. 碳陽離子如果連接取代基（含碳的原子群，例如甲基），取代基的充滿負電子的混成軌域（例如sp3混成軌域），能夠與碳陽離子的帶正電的空的p軌域部分重疊，可以稍微彌補碳陽離子缺電的遺憾，增加碳陽離子的穩定度，這是下圖右的觀點。

23. 換個角度來看，碳陽離子的正電可以透過吸引取代基最外層的電子靠近自己來平衡，這稱為碳陽離子對取代基電子的「誘導力」，觀察上圖左。

24. 下圖比較各種碳陽離子的穩定度，藍色代表「碳陽離子」的正電性，綠色代表「取代基」。我們發現代表「三級碳陽離子」正電性的藍色幾乎被周遭「取代基」的綠色掩蓋，顯示整體而言，「三級碳陽離子」比較接近中性，因此也比較穩定、比較不急著抓取帶負電的物質反應。

25. 脫去反應的原則跟取代反應一樣。如果分子的「離去基」脫離之後產生的「碳陽離子」，周遭的取代基很多，能適當地平衡「碳陽離子」的正電性，並且擋住「離去基」回頭鍵結，就可以進行E1機制的脫去反應，這是取代基比較多「三級碳」分子的情形。

26. 如果「碳陽離子」周遭的取代基不夠多、不太能遮蔽正電性，一定馬上吸引離去基回頭鍵結，這樣很難形成「碳陽離子」，只能進行E2機制的脫去反應，這是取代基比較少的「一級碳」與「二級碳」分子的情形。