結構生物化學/有機化學/有機分子機制
費歇爾酯化反應是一種可逆反應，反應物是醇和羧酸。在酸催化下，羧酸被質子化並轉化為活化的親電試劑。醇作為親核試劑，由於氧原子對電子的吸引作用而帶正電，因此會攻擊羰基碳。這種攻擊的結果是形成了四面體中間體。一旦形成了中間體，原來的羧酸上的醇基團會發生去質子化，而羥基會發生質子化。當羥基發生質子化時，由於羧基的離域電子，該官能團被除去，導致一個水分子的去除，最終產物是酯。由於平衡機制，費歇爾酯化反應機制中提到的所有步驟都可以逆轉，這對於獲得最終的酯產物是不利的。勒夏特列原理可以用來控制反應，使酯的生成比逆反應更有利。為了實現這一點，可以加入過量的羧酸或醇，同時除去反應正反應中產生的副產物水。
當一個化學反應被引入時，通常只顯示反應物和產物。在下面顯示的例子中，通常會將酯顯示為起始原料，連同它的產物羧酸一起。我們的任務是描述發生在反應中的整體轉化，在下面的例子中——水解。在下面顯示的例子中，酯能夠透過一系列反應中間體水解成羧酸。對於有機機制來說，我們的任務是研究鍵是如何以及何時斷裂和形成的，以及底物的不同變化如何影響反應的結果。
步驟 1： 催化：鹼攻擊羰基碳，將雙鍵上的電子推向氧原子。
步驟 2： 離去基團：氧陰離子的電子重新形成雙鍵，將舊的酯基團踢出，完成水解。
步驟 3： 去質子化：如果親核試劑是 OH- 基團，那麼氫原子就會被去質子化。
步驟 1： 催化：羰基氧原子被酸催化劑質子化。
步驟 2： 親核攻擊：親核試劑攻擊羰基碳，將雙鍵上的電子推向氧原子。水分子中的氧原子在親電攻擊羰基碳時起著親核試劑的作用。這形成了一個四面體中間體。
步驟 3： 分子內質子化：原來的 -OMe 基團從新加入的水基團上得到一個質子。這種質子化使 -OMe 成為一個好的離去基團。
步驟 4： 水解：羥基的電子向下移動，形成雙鍵，從而將舊的酯基團踢出。
步驟 5： 去質子化：溶劑從新形成的雙鍵氧原子上去掉一個質子。羰基氧原子的去質子化導致酸催化劑的再生。這將導致最終產物。
這展示了有機化學中使用的一種機制的例子。對有機分子的性質和其鍵合性質的良好理解，使我們能夠預測反應機制。
上面的影像顯示了酯鍵斷裂並被另一個酯基團取代。
下面，您將找到相同的機制，但沒有重新形成新的酯鍵，也就是所謂的酯交換反應 
酮和烯醇互變異構體在酸性或鹼性條件下處於平衡狀態。烯醇是烯醇類化合物的簡稱，而酮則是酮的簡稱。在從酮到烯醇的過程中，會形成烯醇負離子，這是帶有電荷離域在氧和碳上的共振結構。酸催化反應和鹼催化反應都非常快，並且酮形式在溶液中更容易被發現。[1]
步驟 1： 質子化：烯烴攻擊酸性溶液中的遊離酸性氫質子。
步驟 2： 緩解電荷：醇中的孤對電子向下移動，以緩解碳上的正電荷。
步驟 3： 去質子化：然後，生成的羰基化合物被去質子化，最有可能來自溶劑或水。
請注意，在酸性條件下，從酮到醇的反應是相同的機制，但方向相反，其中羰基被質子化，然後從碳上去掉一個質子，留下電子形成烯烴。[1]
步驟 1： 去質子化：鹼從醇基團上去掉一個氫質子。
步驟 2： 共振：共振結構表明負電荷可以在碳上得到一定程度的穩定。
步驟 3： 重新質子化：帶負電的碳然後拉入一個氫質子，最有可能來自鹼或溶劑。
請注意，在鹼性條件下，從酮到醇的反應是相同的機制，但方向相反，其中鹼會拉掉氫原子形成烷氧負離子中間體，然後從鹼中重新得到氫原子。[1]
羥醛縮合反應是指烯醇負離子攻擊羰基官能團形成碳-碳鍵。羥醛這個名字來源於醛醇。羥醛縮合反應可以用酮和醛進行，可以是相同的醛/酮作為起始烯醇負離子，也可以是不同的醛，這被稱為交叉羥醛縮合反應。它是一種縮合反應，因為它會釋放水。此外，還要注意，它會再生一當量的所用鹼。[1]
步驟 1： 烯醇負離子形成：鹼（本例中為氫氧化物）去質子化一個氫原子，形成具有兩個共振結構的烯醇負離子。
步驟 2： 烯醇負離子攻擊：帶負電荷的碳原子攻擊第二個醛（或酮）的羰基碳。請注意，烯醇負離子烷氧負離子在負電荷方面比碳原子更穩定，因此共振結構被用來準確地描繪將要形成的碳-碳鍵。
步驟 3： 質子化：烯醇負離子攻擊後形成的烷氧負離子隨後被質子化，從而得到最終產物。請注意，鹼被再生了。
與其他親核試劑類似，烯醇負離子可以透過邁克爾加成反應，對α,β-不飽和醛或酮進行共軛加成，形成碳碳鍵。與之前一樣，首先形成烯醇負離子，然後該碳原子會進攻第二個反應物中的碳原子，該反應物具有與羰基共軛的雙鍵，被稱為邁克爾受體。這與羥醛縮合的反應機理類似。[1]
步驟 1： 烯醇負離子形成：像氫氧化物這樣的鹼會從碳原子上去質子化，形成烯醇負離子。
步驟 2： 烯醇負離子進攻：烷氧基將額外的一對孤對電子推向羰基，使羰基重新形成，碳原子會攻擊邁克爾受體的共軛碳原子。在兩個反應物透過碳碳鍵融合在一起後，會發生一系列電子推動鏈反應，形成另一個烷氧基。
步驟 3： 質子化：新形成的烷氧基隨後會被溶劑或水質子化。
[1] Vollhardt, Peter 和 Neil Schore. 有機化學：結構與功能. 第 6 版. 紐約: W. H. Freeman and Company, 2011.