注：本文较长，要花费时间，菜籽根据经验总结，可能有所疏漏，欢迎大家补充
在有机合成中，与高活性中间体之间的反应总是很有趣的。这种高活性中间体很多，一般可以分为自由基、卡宾，碳正离子，叶立德盐，碳负离子，偶极子以及某些高张力分子，下面一一举例论证。
一、自由基（Radicals）
自由基又称游离基，是具有非偶电子的基团或原子，它有两个主要特性：一是化学反应活性高；二是具有磁矩。自由基的产生是共价键成键分子间和平分手的结果，共用电子对公平分配；如果这种分配是不均匀的，则产生离子。
促进自由基产生的条件很多，主要引发剂引发、热引发、光引发、辐射引发、等离子体引发、微波引发六种。
图、单催化反应的一般模式B. Konig, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10034-10072
目前在有机合成中比较火的赛道是光化学合成（组里本来是做传统偶极环加成化学的，但是目前文章很难发，有一篇觉得很有意思的文章已经换了三个期刊了，都没有审稿机会；而另外有一篇光化学，感觉不是太出色的工作，却很快发在了Org, Lett上，所以目前组里的研究生开始主要玩光和电），而光化学合成中最重要的中间体就是自由基，这种产生自由基的方法一般通过单电子氧化或单电子还原等而实现， 相比较其他五种会比较温和，其通常加光敏剂（或不加）在室温合适的波长就可以促进电子转移从而引发产生。
一般的，我们认为碳自由基要比杂原子自由基稳定的多，在反应中，高活性的自由基也通常会优先转移到较低活性的物种上，然后开始一系列的反应。
即使上述较低活性物种的自由基也是非常活跃的，非常不安分。就像人类社会中的不甘寂寞的单身汉一样，如果总也找不到理想的伴侣，可能就会成为社会不安定的因素。
自由基在人体中也是非常不安分的，如果没有足够的负离子去消除，其到达人体后便会到处争夺电子，如果夺去细胞蛋白分子的电子，使蛋白质接上支链发生烷基化，形成畸变的分子而致癌。该畸变分子由于自己缺少电子，又要去夺取邻近分子的电子，又使邻近分子也发生畸变而致癌。这样，恶性循环就会形成大量畸变的蛋白分子。基因突变，形成大量癌细胞，最后出现癌症。而当自由基或畸变分子抢夺了基因的电子时，人就会直接得癌症。
二、卡宾（Carbenes）
卡宾又称碳宾、碳烯。通常由含有容易离去基团的分子消去一个中性分子而形成。与碳自由基一样，属于不带正负电荷的中性活泼中间体。卡宾含有一个电中性的二价碳原子，在这个碳原子上有两个未成键的电子，是一种超高活性“瞬态”中间体。其寿命远低于1秒，只能在超低温下尝试捕集拿出来，在晶格中加以分离鉴定和观察。
在有机化学研究中，对卡宾化学的研究主要通过卡宾前体来实现，所谓卡宾前体通俗来讲就是在一定条件下可以转变为卡宾的物种，且其在标况下稳定。
卡宾有两种结构：在光谱学上分别称为单线态和三线态。
单线态卡宾中，中心碳原子是sp2杂化，有一对孤对电子；三线态卡宾有两个自由电子，可以是sp2或直线形的sp杂化；除了二卤卡宾和与氮、氧、硫原子相连的卡宾，大多数的卡宾都处于非直线形的三线态基态。
在所有卡宾中目前研究最多的是碳卡宾以及氮杂环卡宾。其中碳卡宾的研究主要通过卡宾前体来实现，所谓卡宾前体通俗来讲就是在一定条件下可以转变为卡宾的物种，且其在标况下稳定。
而这个一定条件通常是指两种，一种是通过金属催化剂介导产生，一种是通过非金属相催化剂生成。
其中碳卡宾前体中，重氮前体研究的最多，
而氮杂环卡宾（NHC）作为一类稍微有点新颖的卡宾，相比较碳卡宾而言，因为引入了杂原子N极大地增强了卡宾物种的稳定性（原因参见：J. Am. Chem. Soc. 110,6463–6466,1988），其稳定性更高，易于分离和保存，近二三十年来被广泛应用于催化合成领域 。
笔者相信，有机化学家们对卡宾这种物种的持续研究，将在未来的学术界和工业界的许多领域再做出重大突破三、碳负离子(C-Anions)
碳负离子一般是指具有三对成键电子和一对孤电子的SP3/SP2/SP杂化结构碳离子。碳负离子一般在低温惰性气体下稳定，在室温/空气中不稳定；亲核性大于含N，S，O化合物的普通物种；其相对稳定性和可以比较相应酸的酸性大小判定！
相比较自由基和卡宾，碳负离子更为合成工作者所熟悉，涉及的反应类型一般都与亲核反应有关，具体来讲就太多了，如迈克尔加成，克脑文格尔反应，克莱森缩合，格式试剂与二氧化碳的加成等等。
当我们要去构造出一个碳负离子时，一般要考虑去质子位点的酸性，以PKa值来衡量，对于酸性大的位点，PKa值也必然大，解离出氢离子的能力越强，即更容易去质子，一般只需要弱碱就可以，同理对于酸性小的位点，PKa值也必然小，解离出氢离子的能力弱，若要去质子则需要比较强的碱。
以某一个化学物为例，如要对某个位点去质子变成碳负离子，一般要考虑诱导效应，共轭效应，S轨道成分，以及溶剂效应等等。
诱导效应很好理解，简单来说就是极性大的原子或基团诱导了电子云，导致电子云的偏移。诱导效应有两个特点，一是电子云偏移的方向是沿着原子链传递的；二是诱导效应的作用力会随着距离的增长儿降低，最多只会考虑到第三个碳上的影响。去质子时主要考虑吸电子基团的影响，以下是大概排序：
图片来源：邢大本有机化学一般要去质子的碳上或相邻的α碳上连接的吸电子越强，去质子碳上的电子云偏移的就约大，碳上的氢酸性也就越强，该碳越容易变成碳负离子，也约稳定。
共轭效应本质上来讲也可以分为吸电子效应（－C）和供电子效应（＋C）两种类型；凡具有-C效应的原子或基团与碳负离子相连时，类似于吸电子诱导效应，碳负离子的稳定性会增加。
S轨道成分和不饱和度是息息相关的，而与碳原子相连的基团不饱和度越大，吸电子能力越强；故而对于取代基而言，s成分越多，吸电子能力越强，简单来讲SP＞SP2＞SP3，具体举个例子如乙炔的酸性大于乙烷和乙烯。
溶剂效应看起来比较玄乎，但解释起来并不难，我们在之前的多篇文章中，如《
硅藻土和硅胶短柱发挥作用的真相是什么？助滤/预处理如何选？如何用？一文总结》说过溶剂溶解物质是溶剂化的过程，也讲过相似相溶的概念，而碳负离子的极化率处于离子键和共价键之间，在极性质子溶剂中会通过分子氢键作用溶剂化；故而为稳定碳负离子不能选用。而选用极性非质子溶剂时，则会让碳负离子表现的更加活泼！
四、碳正离子(C-Cations)
碳正离子和碳负离子不一样，因为其没有孤对电子，故而只能是SP2杂化，形成是一个平面结构。其同样是活泼的中间体，有一个正电荷，最外层有6个电子。带正电荷的碳原子以sp2杂化轨道与3个原子（或原子团）结合，形成3个σ键,与碳原子处于同一个平面，碳原子剩余的P轨道与这个平面垂直。
碳正离子是亲电试剂，最常见于SN1反应模型。涉及的反应种类也很多，如傅克反应，烯烃炔烃的加成反应，卤代烃的消除，醇羟基的取代和消除，3-戊醇在盐酸中的重排等等！
碳正离子的结构稳定性也是老生常谈的问题，其直接受到与之相连接的基团的影响。一般认为苄基型或烯丙型较稳定；且稳定性3°>2°>1°；碳正离子越稳定，能量越低，形成越容易。
五、叶立德（Ylides）
叶立德是指分子内一端显示出亲核性，一端显示出亲电性，极化率很高的一类分子，某些甚至类似盐的性质。其构造中一般会有N、P、S原子的掺杂，其中又以磷叶立德和硫叶立德研究的最多。
Wittig反应中用磷叶立德与羰基化合物反应制得烯烃的方法是磷叶立德最广泛而普遍的用途。
而硫叶立德在很长的一段时间内，都被作为亚甲基转移试剂用于合成环氧乙烷，吖啶以及环丙烷骨架化合物等。
用叶立德去做环化反应往往体现出设计之美，如硫叶立德参与的多米诺骨牌式环化反应被用来合成复杂的单环或多元并环类化合物，菜籽注意到近年来国内有很多组会通过设计的一些叶立德中间体做一些环化反应或者不对称反应（如南开大学的黄有老师课题组，天津理工大学的孟祥太老师课题组等），取得了一些比较好的成果。
图、有机大菜籽收藏的合成子部分节选六、偶极子（Dipoles）
提到偶极子就不得不提偶极环加成反应，别人咱不太清楚，反正个人用偶极子都是用来环的，借此来合成含氮、硫、氧等杂原子的各种多元环，开发方法的同时，然后修饰，期待其有比较好的药理活性；上述叶立德理论上也算做偶极子的一种分类。
在所有偶极子中研究最多的就是1,3偶极子，有机化学家们起初用其来做[3+2]环加成反应，构建五元杂环；随着研究的深入，逐渐将注意力转向[3+3]、[3+4]、[3+5]及[3+6]等环加成，构建六元、七元、八元及桥杂环等
在有机合成方法学中，发现一个优秀的偶极合成子是比较难的，一旦发现了可能就代表着一系列的文章，基金等等。菜籽注意到，原兰州大学副教授现深圳职业技术大学特聘教授程斌老师就依靠一种新新型1，5硫内鎓盐偶极子在短短两三年中发表了十几篇文章，并申请了基金，同步的研究生每个人都有好几篇文章buff加身。
同期，还有和这种偶极子类似的偶极子（下图仅示例部分）被应用，同样发了一系列的文章，其中并不缺乏一区top。利用这些偶极子们，有机化学家们推陈出新，有些甚至告别了传统加碱加酸的反应类型，用上了光或电，色彩愈发浓厚。
这同时也告诉我们，只要能沉下心来做研究，说不定运气也会眷顾到我们身上，憋个大招说不能直接能干到博士毕业，甚至吃到单位。
我之前发的一些文章分享这行毒啊什么的可能对有部分人劝退，但是只要你进入了这个行业，我还是希望你能努力。
很多人做有机的研究生说难毕业，难吗？
3年时间，只要老板放人，我觉得认真的高中生都可以搞一两篇SCI吧？！
七、高张力分子
高张力结构是有机化学中的重要概念，涉及紧张键和环状结构。具有特殊性质与反应活性，在有机合成和药物研发领域有广泛应用。
高张力结构的经典样本，当属环状化合物。其中，环丙烷与环戊烷等小环化合物尤为引人注目。这些分子中的碳-碳键角度，明显偏离了理想的109.5°，使得键角变得更为紧凑。这种紧凑的键角，使得分子内部张力倍增，处于高能状态。正是这种高能状态，赋予了这些分子极高的反应活性，使其轻易融入各种化学反应之中。
同时，如果在这种高张力分子上做一些简单的修饰，也可以形成偶极子的前体，用来做一些开环环化反应
同时，也有些学者对高张力分子的合成比较有兴趣，比较著名的有黄乃正院士，其合成了多种高张力的化合物，如四苯并环辛四烯类化合物，感兴趣的可以了解一下
八、其他重要
文中涉及的活性中间体可能是以碳系为主，而且只是总结了主要部分而已。有机合成中的活性中间体很多，除了文中的，还有如酰卤，苯炔，亚胺等合成子，或合成子前体等，这些在后面的学习分享中，或许我们会分享到！
本文参考：
百度百科
知乎百科
刑其毅等，《基础有机化学第三版》
活性中间体，汉斯-莱克的收藏
J. Am. Chem. Soc. 110,6463–6466,1988
J. Org. Chem. 2015, 80, 1, 490–498
……
以上
听说给本文点赞，在看，喜欢的同仁们都要发nature，science了！！！
