馬可尼可夫法則

馬可尼可夫法則 (Markovnikov’s Rule)
國立新莊高級中學化學科陳偉民退休教師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

在有機化學中，馬可尼可夫法則是根據柴瑟夫法則 (Zaitsev’s rule) 而得到的觀察結果，由俄羅斯化學家馬可尼可夫提出有系統的闡述。依此法則，若有一種質子酸，如H-X，與烯進行加成反應，酸性的氫原子會接在雙鍵上有較多氫原子的碳原子上，而鹵素原子會接在有較少氫原子的碳原子上。換句話中，加成物中帶負電的部分會接在雙鍵上有較少氫原子的碳原子上。

當烯與水反應，進行加成反應生成醇時，情況也是相同。羥基 (OH) 會接在有最多碳－碳鍵的碳原子上，而氫會接在有最多碳－氫鍵的碳原子上。

馬可尼可夫法則的理論基礎，就是加成反應中會形成最穩定的碳陽離子。氫加成到烯的一個碳原子上，會使另一個碳原子出現正電，形成碳陽離子中間產物。因為感應及超共軛 (hyperconjugation) 的緣故，連接愈多取代基的碳陽離子（與愈多碳原子或推電子取代基形成鍵結）愈穩定。最穩定的中間產物會轉變成最主要的加成產物。因此，HX（其中X代表電負度比氫大的原子）與烯發生加成反應的最主要產物，氫原子會連接在取代基較少的位置，而X連接在取代基較多的位置。不過在此必須說明，仍有其他少數取代基較少且較不穩定的碳陽離子生成，並進而形成X接在相反位置的產物。

此法則可以用一句俗語總結：「貧者愈貧，富者愈富」，在有機化學中，有較多取代基的碳原子會取得更多取代基；連接較多氫原子的碳原子會取得更多氫原子。

歷史

氯化氫與溴乙烯發生反應時，鹵素原子會接到已有一個鹵素原子的碳原子上，馬可尼可夫即根據此一反應，提出他的法則。此反應之初期產物與潮濕或氫化的氧化銀（較少使用）進行雙鹵素水解反應 (geminal halide hydrolysis)，可生成乙醛，證實兩個鹵素原子在1,1位置。

馬可尼可夫於1869年首次發表的論文顯得有點草率，而且他本人並沒有做太多實驗。在長達26頁的論文中，此一法則本身僅是四頁的補充說明，難怪他提出的法則要花60年才被接受。

反馬可尼可夫反應

某些反應機構，如自由基加成反應，未產生碳陽離子中間產物，可經由其他立體選擇性 (regioselective) 反應機構進行反應，生成與馬可尼可夫法則預測結果相反的產物，此類反應稱為反馬可尼可夫反應。因為鹵素加到較少取代基的碳上，恰好與馬可尼可夫反應相反。不過，就像正電荷一樣，自由基在最多取代基的位置最安定。

反馬可尼可夫法則的現象並不僅限於烯的加成反應，也會出現在其他類型的化學反應。例如，苯乙炔的水合反應可觀察到反馬可尼可夫法則的現象，該反應如果用金作為催化劑，會產生乙醯苯，這是遵守馬可尼可夫法則的正常產物；但是，如果用特別的釕催化劑（由環戊二烯與Ru⁺組成的錯離子，另外含吡啶的大型配為基L），會產生2-苯乙醛。

在特定的重組反應中，也可觀察到反馬可尼可夫法則的情形。在下圖中，氯化鈦 (IV) 催化鏡像純化合物1，進行正常的親核取代反應，生成兩個消旋產物2a與2b。

要合理解釋為何產物會出現消旋混合物，可推測化合物1失去羥基，產生三級碳陽離子A，接著A重組形成二級碳陽離子B。氯離子可由兩個方向接近中心碳陽離子，結果產生光學異構物的混合物。

另一個著名的反馬可尼可夫法則之加成反應是氫硼化反應 (hydroboration)。