乙烯基鹵化氫分子，走E1路徑進行脫去鹵化氫HX的反應，過程中失去一個鹵離子，並且形成一個乙烯基陽離子。如果這個反應路徑形成的陽離子是sp混成軌域，它將會非常不穩定。

有機化學的基礎310

1.      乙烯基鹵化氫分子，走E1路徑進行脫去鹵化氫HX的反應，過程中失去一個鹵離子，並且形成一個乙烯基陽離子。如果這個反應路徑形成的陽離子是sp混成軌域，它將會非常不穩定。

2.      E1反應路徑產生的「碳陽離子」是帶正電的碳，「碳陽離子」只有6個價電子；其中4個電子來自於「碳－碳氫原子群C－R」鍵和「碳－碳C－C」鍵的sp混成軌域，另外2個價電子來源「碳－碳C－C」鍵上的π軌域。

3.      分子若是sp混成軌域的π軌域的電子，會比分子是sp²混成軌域時的π軌域電子，距離原子核更遠。

4.      以下軌域圖像說明，為什麼乙烯基鹵化物的E1脫去反應，比鹵烷更難，只有少量的乙烯基鹵化物辦得到。

5.      左邊(a)圖是乙烯基鹵化物進行E1脫去反應得到的乙烯基陽離子，乙烯基陽離子是「sp混成軌域」；右邊(b)圖乙烯基陰離子是「sp²混成軌域」，乙烯基陰離子的電子軌域，跟鹵烷進行E1脫去反應得到的碳陽離子類似都是sp²混成軌域，差別是乙烯基陰離子的π軌域多了2個電子，正電性比較弱，會更穩定一些。

圖說：(a)在這個乙烯基陽離子，碳陽離子的外層電子軌域是sp混成軌域，sp軌域的碳陽離子連接2個σ鍵，1個有2個價電子的π鍵（由2個p軌域交疊而成），和1個沒有電子、2個空的p軌域交疊而成的π鍵。「直線的sp混成軌域的π鍵電子」與原子核的距離比「三角平面型的sp²混成軌域的π鍵電子」更遠。因此乙烯基陽離子比sp²混成軌域陽離子更不穩定。

圖說：(b)在這個乙烯基因離子，碳陰離子是sp²混成軌域，它有2個未鍵結的電子在sp²混成軌域（灰色球體的2個黑點）。因為未鍵結的電子對在sp²混成軌域，乙烯基陰離子比sp³混成軌域的陽離子更穩定。如同乙烯基陽離子，乙烯基陰離子的π鍵是2個碳原子的p軌域交疊而成。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》

研究心得：

1.      什麼是E1路徑的脫去反應？E1脫去反應路徑的特色是反應因為離去基率先脫離而在過程中產生「碳陽離子」。舉例來說，當「鹵離子」脫離「乙烯基鹵化物」分子，「鹵」會帶走它與「碳」的共價電子，造成碳原子缺電，成為「碳陽離子」。

2.      「In the vinyl cation, tha cationic carbon is sp-hybridized ,bearing two σ bonds, a π bond from overlap of two p orbitals, and a vacant p orbital. The electrons are accordingly held at a position farther from the nucleus than in an sp²-hybridized trigonal cation.」第二句（粗體）開頭The electrons指的是π鍵上的電子。

3.      分子中的原子如果最外層電子軌域是sp混成軌域內的電子，會比它是sp²混成軌域的電子，更靠近原子核。因為sp混成軌域內的電子具有1/2的s殼層軌域的特質，sp²混成軌域只有1/3的s殼層軌域的特質，因為s軌域比較靠近原子核，所以電子軌域具備愈多s殼層的特質，會愈靠近原子核。

4.      π鍵上的電子正好相反。當分子中的原子是sp混成軌域，它的π軌域電子比較遠離原子核；原子是sp²混成軌域的π軌域電子，會比較接近原子核。為什麼會如此？

5.      sp混成軌域原子的π軌域是由二種方向互相垂直的p軌域組合而成的，由於p軌域具有正電性、會吸引電子，因此在其中1個p軌域運動的電子，勢必被另1個沒有電子的p軌域的正電性吸引，而擴大自己的軌道；電子的軌道擴大，代表它遠離原子核的時間變長，這就是電子偏離原子核的現象。

6.      「sp混成軌域」的碳陽離子極不穩定，因為：

(1) 由於碳陽離子附近的化學鍵構造是一直線，不會擺動，因此取代基比較難包裹、覆蓋碳陽離子，使得碳陽離子的正電極性直接對外裸露。

(2) 碳陽離子有電子的π軌域帶正電，另一個空的p軌域帶更多正電性，因此「sp混成軌域的碳陽離子」比「sp²混成軌域的碳陽離子」正電性更高。（注：鹵烷走E1脫去反應路徑產生的碳陽離子，它的電子軌域是sp²混成軌域。）

(3) 當C－C是sp混成軌域，π軌域的2個電子與C原子核的距離，比C－C是sp²混成軌域時更遙遠，因此正電性更高。

7.      所以碳陽離子有可能：

(1).重新抓回剛脫離的鹵離子，恢復成「乙烯基鹵化物」。

(2).吸引周遭任何帶負電的原子或離子，進行取代……等其他種類的競爭反應。

(3).抓取雙鍵的另一端的氫提供鍵結的電子，進行E1脫去反應，產生炔。

8.      由於乙烯基碳陽離子非常不穩定，進行第(1)、(2)步驟的可能性非常高，因此乙烯基鹵化物要進行E1脫去反應，十分困難，比鹵烷要進行E1脫去反應困難多了。

9.      只有少量的乙烯基鹵化物能夠進行E1脫去反應。什麼條件下乙烯基鹵化物比較容易進行E1脫去反應？推測如下：

(1)周遭充滿帶正電的物質（例如酸或金屬離子），可以迅速吸引乙烯基鹵化物脫去的「鹵離子」，避免「鹵離子」回頭。

(2)碳陽離子連接大型的「碳原子群R」。大型「碳原子群R」的結構最好是開枝散葉的「三級碳原子群」，這樣能更完整地覆蓋保護碳陽離子，提高穩定度。

(3) 靠近碳陽離子的化學鍵上有未鍵結電子或π系統的電子，可以非定域移動到碳陽離子，補充電子。

(4)「碳原子群R」上有金屬元素可提供多餘的電子給碳陽離子暫時平衡。

（注：碳陽離子對電子的誘導效應 inductive effective，可吸引金屬元素的價電子、未鍵結電子或π系統的電子靠近。）