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2.11 : 能量图、过渡态和中间体

自由能图或反应坐标图是显示化学反应过程中发生的能量变化的图表。 横轴上的反应坐标表示反应在结构上进展的程度。 沿 x 轴靠近反应物的位置代表与反应物类似的结构,而靠近产物的位置代表与产物类似的结构。 能量图上的峰值代表具有可测量寿命的稳定结构,而图中的其他点代表无法隔离的不稳定结构。

这种高能不稳定结构称为过渡态或活化络合物。 在这个高能过程中,键同时处于断裂和/或形成的过程中。 该结构由于高度不稳定,会转变为张力较小的新结构。

乔治哈蒙德提出了一个原则,将过渡态的性质与其在反应图上的位置关联起来。 哈蒙德假设指出,过渡态在结构和能量上与反应图上最接近它的物质相似。 在放热反应中,过渡态类似于反应物,而在吸热反应中,过渡态类似于产物。 在多步反应中,每一步都有一个过渡态和相应的活化能。 此类反应的过渡态被反应中间体打断,这些中间体在能量图上表示为局部最小值。

反应中间体是键断裂的产物,无法长时间稳定存在。 有机化学中最常见的反应中间体是碳离子或自由基。 碳阳离子是亲电子试剂,碳负离子是亲核试剂。 碳自由基只有七个价电子,通常被认为是缺电子的; 然而,它们通常不与亲核电子对结合,因此它们的化学表现出与传统亲电子试剂的独特差异。 自由基中间体通常被称为自由基。

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