箭推法在書寫鹵族元素無機反應機理中的應用

徐守兵

摘要：以鹵素單質和氫氣化合、鹵化氫分解、鹵素單質相互間的作用為例討論自由基反應機理;以鹵素單質作為親電試劑、鹵負離子作為親核試劑和離去基團為例討論離子型反應機理;以鹵素單質的制法為例介紹箭推法在無機反應機理書寫中的綜合應用，驗證利用有機反應機理闡述無機反應過程的合理性，初步探尋如何通過類比有機箭推法系統總結無機反應的規律。

關鍵詞：鹵族元素;反應機理;箭推法;自由基反應;離子型反應

文章編號：1005-6629（2021）04-0073-08 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

2014年，兩位挪威化學家Abhik Ghosh和Steffen Berg將箭推法引入無機化學，用于主族元素無機反應機理的分析和描述。他們的工作已在大學無機化學教學領域受到了廣泛關注。美國普林斯頓大學教授John T.Groves評價說：“學生們將了解電子的去向，他們對反應是如何發生的理解將大大增強。”鑒于鹵族元素在無機化學和有機化學中的重要地位，它們可謂是一類兩棲元素，以鹵素為橋梁，易將有機反應機理書寫的一些方法遷移到無機反應中來。為了表達簡潔，本文中只表示出了某些價電子，而非全部的價電子。

1自由基反應

有機自由基反應常以鏈反應機理進行，用含易斷裂化學鍵（如氯、溴或過氧化物）的引發劑引發鏈反應。書寫機理的過程中，常關注自由基中間體的穩定性，盡量避開一些高能量的自由基（如氫原子），最穩定的自由基一般得到主要產物。烷烴的鹵代反應、烯丙基鹵代反應、烯炔和鹵化氫在過氧化物存在條件下的加成等都是常見的自由基反應。

鹵素單質和氫氣的化合、鹵化氫的熱分解、鹵素單質之間相互化合形成鹵素互化物等是常見的無機自由基反應。

1.1鹵素單質和氫氣反應

鹵素單質和氫氣反應以鏈反應機理進行，第一步：鏈引發。從表1一些單鍵均裂的離解能數據分析可知，鹵素單質分子均裂離解能較小，為該反應的引發劑。以Cl₂和H₂反應為例，在加熱或光照條件下鹵素分子發生均裂產生兩個鹵原子：