提問引導(dǎo)法在取代苯定位效應(yīng)教學(xué)中的應(yīng)用

代紅光

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 內(nèi)蒙古·呼和浩特 010018）

教學(xué)過程中，學(xué)生是主體[1]，教學(xué)以學(xué)生的健康發(fā)展為本，學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)也要培養(yǎng)能力。學(xué)生思考是學(xué)習(xí)過程中必備環(huán)節(jié)[2]，“學(xué)而不思則罔”，是防止學(xué)生走思的有效方法，能夠高效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)，思考的過程也是記憶知識的過程，學(xué)生思考才能體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和主體地位。學(xué)生通過思考，才能將知識變?yōu)樽约旱模拍転樽约核茫拍芘囵B(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)能力。有機(jī)化學(xué)教學(xué)過程中，教師可以列舉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，設(shè)置問題提問，引導(dǎo)學(xué)生一步一步分析數(shù)據(jù)，學(xué)生思考?xì)w納總結(jié)規(guī)律，演繹推廣，預(yù)測結(jié)果和解決問題。這種方式可以使學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)中來，體驗(yàn)通過思考獲得知識的樂趣[3]。學(xué)生在思考的過程中即掌握了知識，又能培養(yǎng)科學(xué)的思維素質(zhì)能力。

取代苯定位規(guī)律在科研和生產(chǎn)中具有極其重要的作用[4]，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[5]。以下就以該知識點(diǎn)為例，列舉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提問引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生總結(jié)歸納得出規(guī)律，并且演繹推廣解決問題，從而學(xué)生既能掌握該知識點(diǎn)，又能培養(yǎng)科學(xué)的思考能力。

下文所說的“問”和“講”是老師說的話，“答”是學(xué)生在老師的引導(dǎo)下可能的答案。

1 開始上課，提問上節(jié)課講的苯的親電取代反應(yīng)，復(fù)習(xí)舊知識

問：苯可以發(fā)生哪幾種親電取代反應(yīng)？

答：可以發(fā)生鹵代反應(yīng)、硝化反應(yīng)、磺化反應(yīng)、傅克烷基化和酰基化反應(yīng)。

問：請寫出苯與濃硫酸和濃硝酸發(fā)生硝化反應(yīng)的方程式。

答：一樣。

問：為什么？

答：因?yàn)楸缴狭鶄€(gè)氫的位置是等同的，硝基取代任何一個(gè)氫原子，結(jié)果都是一樣的。

2 復(fù)習(xí)完舊知識，引入新內(nèi)容。通過提問和分析數(shù)據(jù)，引入定位效應(yīng)和鄰對位定位基

問：現(xiàn)在讓單取代苯發(fā)生硝化反應(yīng)，用G代表苯環(huán)上的取代基。同學(xué)們再看苯環(huán)上剩余了五個(gè)氫原子，如果硝基取代苯環(huán)上一個(gè)氫原子，會(huì)生成幾種產(chǎn)物？哪幾種？

答：會(huì)生成三種，鄰、間、對位三種取代產(chǎn)物。

問：如果僅從數(shù)學(xué)幾率角度考慮，生成鄰、間、對位取代產(chǎn)物的比例各是多少？（如果學(xué)生一時(shí)不能答上來，可以給學(xué)生提示，取代苯的苯環(huán)上剩余五個(gè)氫，鄰、間、對位各有幾個(gè)氫，各占多大比例？）

答：生成鄰位取代的占40%，間位取代的占40%，對位取代的占20%。

講：同學(xué)們請看下表，是不同取代苯發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物的比例（見表1）。

表1：單取代苯硝化產(chǎn)物比例

問：將這些取代苯發(fā)生硝化反應(yīng)生成鄰、間、對取代產(chǎn)物的比例和僅考慮數(shù)學(xué)幾率而得到的鄰間對產(chǎn)物的比例，進(jìn)行比較，你發(fā)現(xiàn)了什么？

答：這些取代苯發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)，鄰位取代產(chǎn)物比40%多，對位取代產(chǎn)物比20%多，間位取代產(chǎn)物遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于僅從數(shù)學(xué)幾率考慮的40%。

講：是的，換句話說，也就是，這些取代苯發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)主要生成鄰位和對位取代的產(chǎn)物，間位取代的產(chǎn)物很少，間位取代的產(chǎn)物可以看成是副產(chǎn)物。有機(jī)反應(yīng)存在副反應(yīng)，所以有機(jī)化學(xué)重點(diǎn)注重主產(chǎn)物。同學(xué)們在寫方程式時(shí)，僅寫出主產(chǎn)物就行，例如，甲苯發(fā)生硝化反應(yīng)僅寫出鄰硝基甲苯和對硝基甲苯即可。

問：上表所看的硝化反應(yīng)，親電試劑是硝基正離子，如果這些取代苯發(fā)生別的親電取代反應(yīng)，生成的鄰間對產(chǎn)物的比例又是多少呢？例如，甲苯與氯和三氯化鐵發(fā)生氯代反應(yīng)，親電試劑是氯，生成鄰氯甲苯、間氯甲苯、對氯甲苯的比例各是多少呢？甲苯和濃硫酸發(fā)生磺化反應(yīng)，親電試劑是硫，生成鄰甲基苯磺酸、間甲基苯磺酸、對甲基苯磺酸的比例又各是多少？同學(xué)們可以預(yù)測一下，哪種取代產(chǎn)物的比例具體數(shù)不好預(yù)測，可以預(yù)測哪種取代物是主要的產(chǎn)物，大膽說出來，預(yù)測結(jié)果是什么都行，預(yù)測完，我們再看實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

答：主要生成鄰位和對位取代的產(chǎn)物。（回答別的也沒有關(guān)系，關(guān)鍵是同學(xué)們只要回答了，發(fā)揮想象力了，大膽預(yù)測了就行，如果有同學(xué)預(yù)測時(shí)還有根據(jù)，根據(jù)上表進(jìn)行歸納，通過演繹預(yù)測主要產(chǎn)物就更好了。）

問：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甲苯氯代生成鄰氯甲苯68%，對氯甲苯30%，間氯甲苯2%。甲苯在0℃時(shí)磺化，生成鄰甲基苯磺酸43%，生成對甲基苯磺酸53%。同學(xué)們可以歸納總結(jié)，總結(jié)一個(gè)規(guī)律，什么規(guī)律？

答：這些取代苯發(fā)生親電取代反應(yīng)，主要生成鄰位和對位取代的產(chǎn)物。

問：所列的上面的這些取代基，取代苯發(fā)生親電取代反應(yīng)主要生成鄰位和對位取代的產(chǎn)物，和親電試劑的種類沒有關(guān)系，例如，甲苯無論發(fā)生硝化反應(yīng)、氯代反應(yīng)還是磺化反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物都是鄰位和對位的取代物。那么生成的主要產(chǎn)物和誰有關(guān)系？

答：和苯環(huán)上原有的取代基有關(guān)系。

問：取代苯的苯環(huán)上原有取代基決定著親電試劑取代哪個(gè)位置的氫原子，和親電試劑的種類沒有關(guān)系，這種現(xiàn)象稱為定位效應(yīng)，苯環(huán)上原有的取代基叫定位基。像甲苯上的甲基就是定位基，因?yàn)榧谆鶝Q定著親電試劑主要取代甲基鄰位和對位苯環(huán)氫，所以，甲基叫鄰對位定位基。是不是所有的取代基都是鄰對位定位基？

答：是（否）。（答“是”和“否”都沒有關(guān)系。）

3 引入間位定位基

問：我們再看表2，也是單取代苯發(fā)生硝化反應(yīng)，生成不同產(chǎn)物的比例。

表2：單取代苯硝化產(chǎn)物比例

這些取代苯發(fā)生硝化反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物是什么？

答：間位取代的產(chǎn)物是主要產(chǎn)物。

講：是的，表2中所列這些基團(tuán)，在苯環(huán)上，也是定位基，這些定位基決定著親電試劑主要取代間位的氫，生成間位取代的產(chǎn)物，這些基團(tuán)叫間位定位基。這些基團(tuán)不只是發(fā)生硝化反應(yīng)，主要生成間位取代產(chǎn)物，發(fā)生磺化、鹵代等反應(yīng)也是主要生成間位的取代物。

4 引入活化基團(tuán)和鈍化基團(tuán)

講：-NHC6H5、-OH、-CH3都是鄰對位定位基，我們再看這些取代苯發(fā)生親電取代反應(yīng)的速率。如果把苯發(fā)生硝化反應(yīng)相對速率定為1的話，見表1，-NHC6H5、-OH、-CH3取代苯硝化反應(yīng)速率都比苯快，這些鄰對位定位基使得苯環(huán)發(fā)生親電取代反應(yīng)速率提高了，這些基團(tuán)叫作活化基團(tuán)，鄰對位定位基基本都是活化基團(tuán)。但是，鹵素比較特殊，如表1，-I是鄰對位定位基，但是碘苯硝化反應(yīng)速率比苯小，-I叫作鈍化基團(tuán)，它是弱鈍化基團(tuán)。常見的鄰對位定位基有：-O-，-N(CH3)2，-NH2，-OH ，-OCH3，-NHCOCH3，-OCOR ，-CH3，-R ，-X（-Cl、-Br、-I），-CH2COOH 等。鄰對位定位基，除了鹵素都是活化基團(tuán)，鹵素是鄰對位定位基，但是它們是弱鈍化基團(tuán)。鄰對位定位基需要同學(xué)們記住，它們有規(guī)律可循，同學(xué)們請看鄰對位定位基，和短線相連的都是哪些原子？

答：O、N、X、C。

講：是的，O、N、X上都有孤對電子。講誘導(dǎo)效應(yīng)的時(shí)候，講過，具有給電子誘導(dǎo)效應(yīng)的基團(tuán)不多，烷基具有給電子誘導(dǎo)效應(yīng)。并且直接與苯環(huán)相連的原子大多以單鍵與其他原子相連（即不含有雙鍵）。

-NO2是間位定位基，硝基苯發(fā)生硝化反應(yīng)相對速率，見表2。苯硝化反應(yīng)相對速率為1，硝基苯硝化反應(yīng)相對速率是6×10-8，比苯硝化反應(yīng)速率慢很多，我們說硝基這個(gè)間位定位基是鈍化基團(tuán)。所有的間位定位基都是鈍化基團(tuán)，它們連在苯環(huán)上時(shí)，親電取代反應(yīng)速率比苯親電取代反應(yīng)速率都低。常見的鈍化基團(tuán)有：-N+(CH3)3，-NO2，-CN，-SO3H ，-CHO ，-COR ，-COOH ，-COOR ，-CONH2等。要求同學(xué)們記住這些基團(tuán)，這些基團(tuán)有這樣的特點(diǎn)：與苯環(huán)相連的原子，一般帶有不飽和鍵或帶正電荷。

5 靈活運(yùn)用，鞏固練習(xí)

講：同學(xué)們做一道練習(xí)題，寫出下列反應(yīng)主要產(chǎn)物，并且判斷該反應(yīng)速率比苯的氯代反應(yīng)快還是慢？

提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考回答問題，提問后須留出足夠的時(shí)間讓學(xué)生思考。學(xué)生回答問題結(jié)果如何，都應(yīng)找到積極點(diǎn)予以肯定（肯定的方面可以包括：善于總結(jié)、善于歸納、善于演繹推廣、發(fā)散思維、回答問題聲音響亮、回答問題積極等等），這樣可以使得學(xué)生更樂于思考，學(xué)生思考了，就開始了主動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生在思考中，自己總結(jié)出規(guī)律，也會(huì)獲得成就感，成就感的獲得可使學(xué)生更加積極主動(dòng)學(xué)習(xí)。