双分子亲核取代反应（SN2）教学初探

王志国

摘 要：本文探讨动画法，逻辑推理法对双分子亲核取代反应的教学。认为掌握亲核取代反应的机理是掌握亲核取代反应的重中之重，动画会直观的让学生感知亲核取代反应的过程。通过立体结构教学对SN2的过渡态，瓦尔登翻转，以及产物的构象问题会有更深刻的认识。

关键词：双分子；亲核取代反应；教学

中图分类号：J0文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）05-0089-01

卤代烃在有机化学中占据着举足轻重的地位，首先是因为卤代烃与生产生活实际密切联系；其次，卤代烃由于其多变而成为有机化合物合成的重要的中间体，因此对卤代烃的学习在有机化学中占据着独特的地位，但是，大部分学生对化学的学习，只停留在对反应方程式的学习，而方程式表示的是参加反应的是什么物质，生成的是什么物质，但不表示中间过程。由于不表示中间过程，对很多问题是没有办法理解，例如，化学反应的速度问题；浓度，压强，催化剂对化学反应速度的影响。要理解这些原因，学习机理才能完成，卤代烃里最重要的机理是亲核取代反应机理，为此，我们首先探究亲核双分子取代反应机理历程教学。

一、亲核取代反应的本质

卤代烃是由卤素原子和烃基构成的，卤素原子直接和碳原子相联。但卤素原子的电负性大于碳原子的电负性，因此在卤代烃中，碳原子带部分的正电荷，卤素原子带部分的负电荷。这种结构决定了卤代烃中的碳原子很容易受到负性集团的进攻，从而发生亲核取代反应。亲核取代反应里首先要明白为什么离去集团是卤素子，而不是氢原子。通过键能分析可知，碳氢键的键能远远的大于碳卤键的键能，从而可知离去集团是卤素原子。其次，弄清楚的是谁是进攻集团。因为卤代烃分子中，碳原子带正电，亲核物质一定是带负电的，这就决定亲核集团不是阴离子，就是含有电子对的物质。 有机化学中含有电子对的元素一般是氧元素，氮元素，碳元素，和硫元素。取代反应是取而代之的反应，所以只要理解进攻成键，离去集团，那么生成物就变成了一个公式，可简便推出卤代烃发生反应而产生的各种物质。

二、双分子亲核取代反应机理

学习亲核取代反应时，了解到溴甲烷在乙醇的水溶液中和碱反应，其反应速度会随着碱浓度的增加而增加；但2-甲基-2溴丙烷在乙醇的水溶液中与碱反应，其反应速度不受碱浓度的影响，这是为什么呢？要弄清这个实验事实，必须学习卤代烃的反应机理。卤代烃的反应机理分为，双分子亲核取代反应机理与单分子亲核取代反应机理。双分子亲核取代反应机理也叫SN2反应机理，S代表取代，N代表亲核，2代表双分子。双分子包含两层含义：（1）参加反应的两个分子参与能量最高过渡态的形成；（2）化学反应的速度是有两个反应物的浓度决定。

双分子亲核取代反应的过程是亲核试剂从背面进攻中心碳原子，形成微弱的键，离去集团与碳原子之间的键逐渐减弱，此时，离去集团和碳原子之间的共价键没有完全断裂，而进攻集团和碳原子之间的键没有完全形成，它们形成过渡态。那么什么是过渡态呢，过渡态是新键没有完全形成，旧键还没有完全斷裂，五个原子同时联接到碳原子上，进攻集团的原子，碳原子，离去集团处于同一条直线上；碳原子原来相联的集团和碳原子处于共一个平面上，直线和平面是相互垂直，此时能量是最高。

另外要理解形成过渡态的过程，首先要理解新键形成的过程是旧键断裂的过程，在这个过程中存在协同效应，也可以简单的理解为形成和断裂的等时性。此过程对于空间概念较弱的学生很难理解，因此在此课程的教学中利用动画或者道具来教学，效果更好。在形成过渡态以后，进攻集团继续进攻，离去集团继续离去，新键完全形成，旧键完全断裂，与碳原子相联的三个原子向背面翻转，从而形成新化合物。同样，还需清楚翻转，翻转是瓦尔登发现的，也叫瓦尔登翻转，它很像大风中把伞吹翻一样，因此也叫伞型翻转，要是学生不能理解，在此教学时，可以用文学手法，例如：戴望舒在《雨巷》中曾经写道：撑着油纸伞独自彷徨在悠长悠长而有寂寥的雨巷，我希望逢一个丁香一样结着愁怨的姑娘，可以通过这句话引申，说戴望舒没有逢着丁香一样结着愁怨的姑娘，而是逢着了烈烈西风把他的油纸伞吹了一个瓦尔登翻转，通过这种幽默式教学，学生对瓦尔登翻转的理解会更加的深刻。

三、以立体结构为基础进行影响SN2因素的教学

在有机化学教学中，影响因素是比较难以掌握的一个内容，很多学生只能通过死记硬背来完成对这部分知识的掌握，但用立体结构加上空间想象对这部分内容教学就变得特别简单。通俗的理解SN2历程，第一个字是“钻”，就是亲核试剂要从碳原子相联的三个原子形成的空间里钻进去，接近碳原子，第二个字就是“成”，就是亲核试剂与碳原子成键，第三个字是“断”，也就是旧键断裂，第四个字就是“翻”，意思是与碳原子相联的三个原子向背面翻转。通过这样通俗的理解我们可以看出，钻而形成过渡态是SN2历程中最重要的一步，那么能不能形成过渡态，就与钻有很大关系的，能不能钻进去，这与亲核试剂的钻的能力以及碳原子提供的空间有很大的关系。而钻的能力本身与亲核试剂的大小和亲核试剂所带电荷有密切的联系。带的电荷越多，体积越小，钻的能力就越强，亲和性就越强。因此，亲核取代反应中，醇与卤代烃的反应速度要远远的慢于烷氧基负离子与卤代烃的反应速度，是因为烷氧基负离子带电荷多。

同时也可以理解，大体积的碱一般不作为亲核试剂，这是因为它钻的能力太弱，或者说其亲和性太弱；另外，过渡态的形成与否还与卤代烃提供的空间有关，如果卤代烃与其相联的三个原子，构成的空间非常紧密，亲核试剂无法接近碳原子，那么双分子亲核取代反应是难以发生，或者不能发生。要是卤代烃与其相联的三个原子构成的空间非常松散，亲核试剂是很容易接近碳原子的，双分子亲核取代反应很容易发生，通过空间结构的教学，亲核取代反应的影响因素是很容易理解的，因此，通过立体结构进行影响亲核取代反应影响因素的教学是比较有效的一种方法。

参考文献：

[1]文婕英.关于卤代烃取代反应历程的判断[J].甘肃教育，2007.