雙分子親核取代反應（SN2）教學初探

王志國

摘 要：本文探討動畫法，邏輯推理法對雙分子親核取代反應的教學。認為掌握親核取代反應的機理是掌握親核取代反應的重中之重，動畫會直觀的讓學生感知親核取代反應的過程。通過立體結構教學對SN2的過渡態，瓦爾登翻轉，以及產物的構象問題會有更深刻的認識。

關鍵詞：雙分子；親核取代反應；教學

中圖分類號：J0文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）05-0089-01

鹵代烴在有機化學中占據著舉足輕重的地位，首先是因為鹵代烴與生產生活實際密切聯系；其次，鹵代烴由于其多變而成為有機化合物合成的重要的中間體，因此對鹵代烴的學習在有機化學中占據著獨特的地位，但是，大部分學生對化學的學習，只停留在對反應方程式的學習，而方程式表示的是參加反應的是什么物質，生成的是什么物質，但不表示中間過程。由于不表示中間過程，對很多問題是沒有辦法理解，例如，化學反應的速度問題；濃度，壓強，催化劑對化學反應速度的影響。要理解這些原因，學習機理才能完成，鹵代烴里最重要的機理是親核取代反應機理，為此，我們首先探究親核雙分子取代反應機理歷程教學。

一、親核取代反應的本質

鹵代烴是由鹵素原子和烴基構成的，鹵素原子直接和碳原子相聯。但鹵素原子的電負性大于碳原子的電負性，因此在鹵代烴中，碳原子帶部分的正電荷，鹵素原子帶部分的負電荷。這種結構決定了鹵代烴中的碳原子很容易受到負性集團的進攻，從而發生親核取代反應。親核取代反應里首先要明白為什么離去集團是鹵素子，而不是氫原子。通過鍵能分析可知，碳氫鍵的鍵能遠遠的大于碳鹵鍵的鍵能，從而可知離去集團是鹵素原子。其次，弄清楚的是誰是進攻集團。因為鹵代烴分子中，碳原子帶正電，親核物質一定是帶負電的，這就決定親核集團不是陰離子，就是含有電子對的物質。 有機化學中含有電子對的元素一般是氧元素，氮元素，碳元素，和硫元素。取代反應是取而代之的反應，所以只要理解進攻成鍵，離去集團，那么生成物就變成了一個公式，可簡便推出鹵代烴發生反應而產生的各種物質。

二、雙分子親核取代反應機理

學習親核取代反應時，了解到溴甲烷在乙醇的水溶液中和堿反應，其反應速度會隨著堿濃度的增加而增加；但2-甲基-2溴丙烷在乙醇的水溶液中與堿反應，其反應速度不受堿濃度的影響，這是為什么呢？要弄清這個實驗事實，必須學習鹵代烴的反應機理。鹵代烴的反應機理分為，雙分子親核取代反應機理與單分子親核取代反應機理。雙分子親核取代反應機理也叫SN2反應機理，S代表取代，N代表親核，2代表雙分子。雙分子包含兩層含義：（1）參加反應的兩個分子參與能量最高過渡態的形成；（2）化學反應的速度是有兩個反應物的濃度決定。

雙分子親核取代反應的過程是親核試劑從背面進攻中心碳原子，形成微弱的鍵，離去集團與碳原子之間的鍵逐漸減弱，此時，離去集團和碳原子之間的共價鍵沒有完全斷裂，而進攻集團和碳原子之間的鍵沒有完全形成，它們形成過渡態。那么什么是過渡態呢，過渡態是新鍵沒有完全形成，舊鍵還沒有完全斷裂，五個原子同時聯接到碳原子上，進攻集團的原子，碳原子，離去集團處于同一條直線上；碳原子原來相聯的集團和碳原子處于共一個平面上，直線和平面是相互垂直，此時能量是最高。

另外要理解形成過渡態的過程，首先要理解新鍵形成的過程是舊鍵斷裂的過程，在這個過程中存在協同效應，也可以簡單的理解為形成和斷裂的等時性。此過程對于空間概念較弱的學生很難理解，因此在此課程的教學中利用動畫或者道具來教學，效果更好。在形成過渡態以后，進攻集團繼續進攻，離去集團繼續離去，新鍵完全形成，舊鍵完全斷裂，與碳原子相聯的三個原子向背面翻轉，從而形成新化合物。同樣，還需清楚翻轉，翻轉是瓦爾登發現的，也叫瓦爾登翻轉，它很像大風中把傘吹翻一樣，因此也叫傘型翻轉，要是學生不能理解，在此教學時，可以用文學手法，例如：戴望舒在《雨巷》中曾經寫道：撐著油紙傘獨自彷徨在悠長悠長而有寂寥的雨巷，我希望逢一個丁香一樣結著愁怨的姑娘，可以通過這句話引申，說戴望舒沒有逢著丁香一樣結著愁怨的姑娘，而是逢著了烈烈西風把他的油紙傘吹了一個瓦爾登翻轉，通過這種幽默式教學，學生對瓦爾登翻轉的理解會更加的深刻。

三、以立體結構為基礎進行影響SN2因素的教學

在有機化學教學中，影響因素是比較難以掌握的一個內容，很多學生只能通過死記硬背來完成對這部分知識的掌握，但用立體結構加上空間想象對這部分內容教學就變得特別簡單。通俗的理解SN2歷程，第一個字是“鉆”，就是親核試劑要從碳原子相聯的三個原子形成的空間里鉆進去，接近碳原子，第二個字就是“成”，就是親核試劑與碳原子成鍵，第三個字是“斷”，也就是舊鍵斷裂，第四個字就是“翻”，意思是與碳原子相聯的三個原子向背面翻轉。通過這樣通俗的理解我們可以看出，鉆而形成過渡態是SN2歷程中最重要的一步，那么能不能形成過渡態，就與鉆有很大關系的，能不能鉆進去，這與親核試劑的鉆的能力以及碳原子提供的空間有很大的關系。而鉆的能力本身與親核試劑的大小和親核試劑所帶電荷有密切的聯系。帶的電荷越多，體積越小，鉆的能力就越強，親和性就越強。因此，親核取代反應中，醇與鹵代烴的反應速度要遠遠的慢于烷氧基負離子與鹵代烴的反應速度，是因為烷氧基負離子帶電荷多。

同時也可以理解，大體積的堿一般不作為親核試劑，這是因為它鉆的能力太弱，或者說其親和性太弱；另外，過渡態的形成與否還與鹵代烴提供的空間有關，如果鹵代烴與其相聯的三個原子，構成的空間非常緊密，親核試劑無法接近碳原子，那么雙分子親核取代反應是難以發生，或者不能發生。要是鹵代烴與其相聯的三個原子構成的空間非常松散，親核試劑是很容易接近碳原子的，雙分子親核取代反應很容易發生，通過空間結構的教學，親核取代反應的影響因素是很容易理解的，因此，通過立體結構進行影響親核取代反應影響因素的教學是比較有效的一種方法。

參考文獻：

[1]文婕英.關于鹵代烴取代反應歷程的判斷[J].甘肅教育，2007.