第一章 你所需的技巧

1.1 本書的目標

今年你要學的化學反應式有一大堆，也許你可以試著把它們都背起來，而有些人的記憶力確實超強。但是比起背誦，如果能集中心力建立起一些技巧，那麼你在有機化學領域上的學習，將更加游刃有餘。

在這本書中，我們將會把重點放在這些技巧上。尤其是當你遇到下列三大重要類型問題時，所需要的技巧：

1.提出反應機構

2.預測產物

3.提出合成方式

在課程進行當中，你很快就會發現，單單學習這些反應是不夠的。想要學好有機化學，必須學習如何處理並解決這三大重要類型問題。你必須成為精通這些特殊技巧的專家，因為在解決問題時，這些技巧能引導你找出正確答案。而三大重要類型問題代表的正是有機化學的核心，如果你對這些技巧十分嫻熟，那麼你在有機化學上必然能得心應手。

本書中的每一章，都會針對特定主題，詳盡講解所需運用到的技巧。而且本書中章節的安排，都是為呼應教科書中對應的章節而設計的。舉例來說，當你學習到羧酸的衍生物時，本書中就會一個以「羧酸」為標題的章節。

我們沒有足夠的篇幅來涵蓋教科書中的每項主題，而且這份補充教材也不是用來取代你的教科書或是老師。本書只是想提供一些核心技巧，讓你在學習過程中更有效率。

雖然我們會把重點集中在三大重要類型問題上，但是我們還是必須再三強調反應機構的重要性。有機化學能不能學好，反應機構是重要關鍵。如果你熟悉反應機構，在課堂上將得到亮眼的表現；如果不熟悉反應機構，要取得好成績根本是空談。在沒有充分瞭解化學反應之前，很難論及合成問題（同樣也很難預測產物）。第二章專門用來幫你打好基礎，讓你能完全掌握反應機構，這是非常重要的一章，即使你的教科書中沒有對應的章節，你也必須把本書的第二章讀個透澈。

在第二章中我們可以看出，反應機構都會遵循某些基本觀念與想法。只要注意這些基本觀念你將會看到，非常不同的反應機構，卻有相同的脈絡。對觀念理解，有助於減少許多背誦。事實上，我們很快會發現，靠死背的學生，即使在很粗淺的問題上也容易出錯，如果全盤瞭解基本觀念，這樣的錯誤其實可以輕易避免。本書將提供你貫通反應機構所需的最基本語言及工具。而且在過程中，我們也會詳細解說解決合成問題以及預測產物所需的技巧。

1.2反應機構是你的成功之鑰

什麼是反應機構，它們為什麼這麼重要？

在瞭解反應機構扮演的重要角色之前，讓我們先想想一個類似的情況。我想起教我的小孩如何穿鞋的情形。你絕對想不到綁鞋帶包含了多少步驟，下次你綁鞋帶時，先想想手要因此做出幾個動作，同時也想想，要如何把這些步驟解釋給從沒學過綁鞋帶的人聽。這真是艱巨的任務。我必須很不好意思的承認，當時第一個閃過腦子的念頭，就是採取最簡單的方法——買附魔鬼氈的鞋。這樣一來會暫時解決我的困境，因為相較起來，穿附魔鬼氈的鞋子，所需的步驟少多了。

如果不考慮穿哪種鞋，只要小朋友穿上鞋就行，那結果是相同的。但是穿哪種鞋跟穿鞋所需歷經的過程息息相關，而且每種鞋子穿著過程的步驟更是大不相同。化學反應也是這樣。化學反應包含了從起始物變成產物的每個步驟，有些反應過程要歷經繁複的步驟，有些則僅需少少幾個步驟即可完成。化學反應進行時的詳細步驟清單，就叫做反應機構。

當兩個化合物相互反應，形成全新且全然不同的產物時，我們試著瞭解化學反應如何發生——在過程中經過什麼步驟？化學反應的每個步驟都包含了電子密度的移動：電子移動打斷鍵結或形成新的鍵結。反應機構說明了每個反應步驟間電子的轉移。電子的轉移是以附箭頭的曲線來表示，例如：

上圖三個步驟中顯示的彎曲箭，告訴我們反應是如何發生的。你必須把反應機構想成「電子的記帳簿」。就如同會計師會把公司的現金流量（進來的錢與付出去的錢）記在帳簿上，你同樣可以把反應機構想成是化學反應中，記錄每個步驟中，電子流動的帳簿。

在我的前一本書《有機化學天堂祕笈I》中，我們看到了鍵線圖（有機化學中畫出分子的方式——如上頁圖所示），鍵線圖是有機化學中的象形文字。我們可以看出，這些圖形著重在電子上（通常都沒有畫出原子，只以暗示的方式表示），圖形上的每一條線代表了一個鍵結，也就是告訴你，那就是電子的位置。

看看上頁圖的反應機構，試著在心中把它想像成一個句子。分子的圖形（鍵線圖形）代表名詞，彎曲箭代表動詞。每個反應機構都是一個基本的句型，它就像一種語言，所以你必須學習如何把名詞與動詞組合在一起，如同我們在使用其他語言所用的方式一樣。在《有機化學天堂祕笈I》中，我們著重在句子的名詞——也就是分子；在《有機化學天堂祕笈II》中，我們則是著重在動詞。請想像一下，如果學習法文時沒學動詞，那你根本一個句子都造不出來。

所以，想熟悉反應機構，真的必須先學會彎曲箭，因為這就是有機化學語言中的動詞。你必須知道在何時何地畫出彎曲箭，換句話說，你必須學習預測電子如何移動。

一旦你學會預測電子移動的方法，就可以看出在本課程中，所有的反應機構都有其相似性。舉一個類比的例子，我們來想想看水流動的方式。大家都知道因為重力的關係，水會往低處流。這樣的說法在山上是正確的，這樣的說法同樣也適用在崎嶇的路上，或是屋頂等等的狀況。每次你只要簡單的觀察一下地形，就可以預測水流動的方向，因為我們只要找到低窪的地方，就知道那是水最終流向的地點。很簡單，對吧？

那麼想像一下，如果你有個朋友，他完全不明白水往低處流的道理，一旦看到你能毫無例外預測出，水在每個看似不同狀態下流動的趨向，他該有多驚訝。雖然屋頂和崎嶇的道路是完全不同的狀態，但事實上，一旦掌握了水往低處流這個簡單法則，你將會發現這些狀態並沒有想像中那麼不同。

同樣的，只要瞭解幾個簡單的觀念，也可以預測電子移動的方向。如果你真的想要過地獄般的生活，儘可把有機化學課本中出現的每個反應機構都背起來。但這真是個笨方法，這簡直就像你那些不知道水會往低處流的朋友一樣，只想把各種不同情況下（屋頂、山上、馬路上等等）會發生的狀況都背起來。你的朋友也許擁有驚人的記憶力，但是因為他不懂水流動的法則，所以一旦遇到他沒背到的全新地形，立刻會被難倒。缺乏最高指導原則會讓他迷失，但是知道最高指導原則的你，即使遇到不同的地形也都能很簡單的預測出水流的方向。

一旦你瞭解了反應機構，你就會明白反應為什麼會發生，為什麼立體中心會如此呈現。如果你根本不懂得反應機構是怎麼回事，就會發現你只能把每一個反應的細節都老實背起來。除非你擁有照相機般的記憶力，否則這真是超高難度的挑戰，就像我們剛才曾經提到的，一旦你遇到了沒見過的狀況，就無法推斷結果。藉由瞭解反應機構，你才能逐漸理解有機化學課程的內容，把所有的化學反應在腦中重新排列組合，藉此觸類旁通，便能夠在遇到新的化學反應時，提出其反應機構。

說到這裡，你一定會懷疑為何大家都說有機化學就是要背、背、背。嗯，事實上，他們都錯了。在你精通有機化學之前，你必須把那些因受前人洗腦，而深埋在心中的迷思統統忘掉。有機化學真的不太需要背，如果你以背誦取代理解，只會讓學習事倍功半。

有機化學不過就是一些原理，你學習這些原理並應用到新的反應上。一旦瞭解了規則，這真是非常容易的事。但是如果你想硬生生把200個反應機構都背下來，就真的太難了。所以別背反應機構了，專心瞭解反應機構，且重點放在主導電子移動的法則。這樣一來，即使遇到從未見過的反應，也可以預測出結果。一旦可以做到這樣，你就會愛上有機化學。現在看來，這似乎是遙不可及的目標，但是稍安勿躁，這本書會一步步帶領你歷經種種過程，達成目標。

每一年，學生都會問我，他們必須知道多少個反應機構。我總是說，這完全取決於他們看待這些反應機構的方式。如果你的策略就是背誦，那麼你必須知道大約200個反應機構。但是，如果你專注在一些簡單的原理和規則上，那麼你只需要知道十幾個較為特殊的反應機構。事實上，這十幾個反應機構也只是四個基本移動法則的不同組合罷了。

所以我們會一步一步檢視這些基本移動法則，我們會先學習再反覆練習。奠定基礎之後，再開始探索這些基本移動法則之間的各式不同組合，同樣的，這個過程我們也會一步一步來。

最後，我們就會發覺，提出一個反應機構，就如同預測水會從屋頂上流下來似的，那麼簡單。

（摘自本書第一章）

第一章 你所需的技巧

1.1 本書的目標

今年你要學的化學反應式有一大堆，也許你可以試著把它們都背起來，而有些人的記憶力確實超強。但是比起背誦，如果能集中心力建立起一些技巧，那麼你在有機化學領域上的學習，將更加游刃有餘。

在這本書中，我們將會把重點放在這些技巧上。尤其是當你遇到下列三大重要類型問題時，所需要的技巧：

1.提出反應機構

2.預測產物

3.提出合成方式

在課程進行當中，你很快就會發現，單單學習這些反應是不夠的。想要學好有機化學，必須學習如何處理並解決這三大重要類型問題。你必須成為精通這些特殊技巧的專家...

有機化學天堂祕笈 II
目錄
第1章 你所需的技巧 THE SKILLS YOU NEED
1.1 本書的目標
　　The Goal of This book
1.2 反應機構是你的成功之鑰　
　　Mechanisms Are Your Keys to Success
第2章 離子反應機構簡介 INTRO TO IONIC MECHANISMS
2.1 彎曲箭
　　Curved Arrows
2.2 基本步驟
　　The Basic Moves
2.3 基本步驟的組合
　　Combining the Basic Moves
第3章 親電子芳香取代反應 ELECTROPHILIC AROMATIC SUBSTITUTION
3.1 鹵化和路易士酸扮演的角色
　　Halogenation and the role of Lewis Acids
3.2 硝化
　　Nitration
3.3 夫里德耳－夸夫特烷化和醯化反應
　　Friedel-Crafts Alkylation and Acylation
3.4 磺化
　　Sulfonation
3.5 修改親核基的活性
　　Modifying the Nucleophilicity of the Nucleophile
3.6 預測引導效應
　　Predicting Directing Effects
3.7 判斷活化基和去活化基
　　Identifying Activators and Deactivators
3.8 立體障礙效應的預測與運用
　　Predicting and Exploiting Steric Effects
3.9 合成策略
　　Synthesis Strategies
第4章 親核芳香取代反應 NUCLEOPHILIC AROMATIC SUBSTITUTION
4.1 親核芳香取代反應的條件
　　Criteria for Nucleophilic Aromatic Substitution
4.2 SNAR反應機構
　　SNAr Mechanism
4.3 脫去—加成反應
　　Elimination-Addition
4.4 反應機構策略
　　Mechanism Strategies
第5章 酮和醛 KETONES AND ALDEHYDES
5.1 酮和醛的製備
　　Preparation of Ketones and Aldehydes
5.2 羰基的穩定性與活性
　　Stability and Reactivity of the Carbonyl
5.3 氫親核基
　　H-Nucleophiles
5.4 氧親核基
　　O-Nucleophiles
5.5 硫親核基
　　S-Nucleophiles
5.6 氮親核基
　　N-Nucleophile
5.7 碳親核基
　　C-Nucleophiles
5.8 黃金法則的重要例外
　　Some Important Exceptions to the Rule
5.9 如何處理合成問題
　　How to Approach Synthesis Problems
第6章 羧酸衍生物 CARBOXYLIC ACID DERIVATIVES
6.1 通則
　　General Rules
6.2 醯基鹵
　　Acyl Halides
6.3 酸酐
　　Anhydrides
6.4 酯
　　Esters
6.5 醯胺和腈
　　Amides and Nitriles
6.6 合成問題
　　Synthesis Problems
第7章 烯醇和烯醇鹽 ENOLS AND ENOLATES
7.1 酮－烯醇互變異構化反應
　　Keto-Enol Tautomerism
7.2 烯醇的反應
　　Reactions Involving Enols
7.3 製備烯醇鹽
　　Making Enolates
7.4 鹵仿反應
　　Haloform Reactions
7.5 烯醇鹽的烷化
　　Alkylation of Enolates
7.6 醇醛反應和醇醛縮合
　　Aldol Reaction and Aldol Condensation
7.7 克萊森縮合
　　Claisen Condensation
7.8 去羧提供了一些有用的合成技巧
　　Decarboxylation Provides Some Useful Synthetic Techniques
7.9 麥可反應
　　Michael Reactions
第8章 胺 AMINES
8.1 胺和醯胺的親核性和鹼性
　　Nucleophilicity and Basicity of Amines and Amides
8.2 藉由SN2反應來製備胺
　　Preparation of Amines through SN2 Reactions
8.3 用還原胺化反應製備胺
　　Preparation of Amines through Reductive Amination
8.4 從醯胺製備胺
　　Preparation of Amines from Amides
8.5 胺的醯化
　　Acylation of Amines
8.6 胺與亞硝酸的反應
　　Reactions of Amines with Nitrous Acid
8.7 芳香基重氮鹽
　　Aromatic Diazonium Salts
習題解答
重要名詞英中對照

有機化學天堂祕笈 II
目錄
第1章 你所需的技巧 THE SKILLS YOU NEED
1.1 本書的目標
　　The Goal of This book
1.2 反應機構是你的成功之鑰　
　　Mechanisms Are Your Keys to Success
第2章 離子反應機構簡介 INTRO TO IONIC MECHANISMS
2.1 彎曲箭
　　Curved Arrows
2.2 基本步驟
　　The Basic Moves
2.3 基本步驟的組合
　　Combining the Basic Moves
第3章 親電子芳香取代反應 ELECTROPHILIC AROMATIC SUBSTITUTION
3.1 鹵化和路易士酸扮演的角色
　　Halogenation and the role of Lewis Acids
3.2 硝化
　　Nitration
3.3 ...