摘 要：電子效應(yīng)是“基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)”課程教學(xué)的主線之一，采用集中學(xué)習(xí)與分散學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方法，有利于學(xué)生深入全面地理解有機(jī)物的性質(zhì)。緒論部分集中學(xué)習(xí)電子效應(yīng)的分類和概念、電子效應(yīng)對(duì)酸堿性、穩(wěn)定性、親核性、反應(yīng)活性、反應(yīng)方向和反應(yīng)機(jī)理的影響，培養(yǎng)學(xué)生自覺運(yùn)用電子效應(yīng)分析相關(guān)問題的思維習(xí)慣。在各類官能團(tuán)化合物的教學(xué)中分散學(xué)習(xí)電子效應(yīng)，幫助學(xué)生深刻理解和熟練運(yùn)用電子效應(yīng)。實(shí)踐證明，將電子效應(yīng)貫穿于“基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)”教學(xué)的始終能顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提升教師的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電子效應(yīng)；誘導(dǎo)效應(yīng)；共軛效應(yīng)；超共軛效應(yīng)

中圖分類號(hào)：G642 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1009-3583（2024）-0118-04

Teaching Practice of Electronic Effects of Basic

Organic Chemistry

CHEN Xin1，2， CHEN Li-juan1，2， WANG Yu-juan1，2， ZHONG Yu1，2*

（1.School of Materials and Chemical Engineering， West Anhui University， Lu’an 237012， China; 2. Anhui Provincial Key

Laboratory of Bio-mimetic and Sensors， Lu’an 237012， China）

Abstract： Electronic effects is one of principle lines of “Basic Organic Chemistry” teaching， combination of centralized learning and distributed learning is helpful for students to understand the properties of organic compounds. The introduction section focuses on studying the classification and concepts of electronic effects， the impact of electronic effects on acidity， stability， nucleophilicity， reactivity， reaction direction， and reaction mechanism， and cultivating students’ conscious thinking habits of using electronic effects to analyze related issues. Disperse the learning of electronic effects in the teaching of various functional compounds， helping students to deeply understand and proficiently apply electronic effects. Practice has proven that incorporating electronic effects throughout the teaching of “Basic Organic Chemistry” can significantly improve students’ learning efficiency and enhance teachers’ teaching effectiveness.

Keywords： electronic effects; induction effects; conjugation effects; hyper-conjugation effects

“基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)”是化學(xué)化工、材料、制藥、環(huán)境、食品等專業(yè)的必修課，該課程內(nèi)容龐雜?！盎A(chǔ)有機(jī)化學(xué)”的教學(xué)需抓住電子效應(yīng)、反應(yīng)機(jī)理和官能團(tuán)基本性質(zhì)三條主線，其中電子效應(yīng)是基礎(chǔ)，是深入理解官能團(tuán)性質(zhì)和反應(yīng)機(jī)理的前提，也是將有機(jī)化學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，電子效應(yīng)貫穿于基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教學(xué)的始終。但是，現(xiàn)有國內(nèi)的基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教材對(duì)電子效應(yīng)并沒有做到集中、系統(tǒng)、詳盡地闡述，而是分散于多個(gè)章節(jié)中，不利于學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握電子效應(yīng)的原理和應(yīng)用。黃池寶等[1]通過系統(tǒng)闡述苯及其衍生物、吡啶及呋喃、噻吩、吡咯的大 -電子云分析法，揭示了大 -電子云分析法不僅是把握化合物性質(zhì)與反應(yīng)特性的便捷辦法，而且是解答有機(jī)化學(xué)問題的一把鑰匙。用大 -電子云分析法來理解與掌握有機(jī)化學(xué)理論體系可以收到高屋建瓴、事半功倍的效果，是一種優(yōu)良的教學(xué)方法，值得大力推廣應(yīng)用。朱萬強(qiáng)等[2]采用密度泛函方法研究了取代基的電子效應(yīng)對(duì)噁二唑化合物光電性質(zhì)的影響，揭示了含氟基團(tuán)通過吸電子效應(yīng)對(duì)模型分子的紅外振動(dòng)、電子吸收光譜和前線軌道能量以及分子能量有規(guī)律的影響，進(jìn)而影響模型分子光電性質(zhì)變化的規(guī)律性。

鑒于電子效應(yīng)在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教與學(xué)方面的重要性，同時(shí)，為了加強(qiáng)后續(xù)章節(jié)知識(shí)體系教學(xué)的連貫性和邏輯性，作者多年來一直推行電子效應(yīng)集中學(xué)習(xí)與分散學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方法，取得了較好的教學(xué)效果。電子效應(yīng)的集中學(xué)習(xí)安排在緒論部分，該部分介紹電子效應(yīng)的預(yù)備知識(shí)、電子效應(yīng)的分類和概念以及電子效應(yīng)對(duì)有機(jī)物酸堿性、穩(wěn)定性、親核性、反應(yīng)活性、有機(jī)反應(yīng)方向和反應(yīng)機(jī)理的影響；電子效應(yīng)的分散學(xué)習(xí)安排在各類官能團(tuán)化合物的教學(xué)部分。

1" 預(yù)備知識(shí)的教學(xué)

在緒論的教學(xué)中，除了介紹有機(jī)物概念、特點(diǎn)，有機(jī)化合物的分類、有機(jī)化學(xué)酸堿理論、共價(jià)鍵斷裂方式、有機(jī)反應(yīng)的類型外，還介紹了共價(jià)鍵的主要參數(shù)、有機(jī)物結(jié)構(gòu)表示方法（重點(diǎn)講解路易斯電子式）、碳原子的雜化狀態(tài)、有機(jī)化學(xué)中常見的富電子和缺電子體系、親核反應(yīng)與親電反應(yīng)的概念、共振論等。

2" 電子效應(yīng)的分類和概念

該部分的教學(xué)內(nèi)容[3-5]如表1所示，列舉典型例子將該部分內(nèi)容講解透徹。用2～3學(xué)時(shí)講清楚“電子效應(yīng)的分類與概念”“電子效應(yīng)的應(yīng)用”，培養(yǎng)學(xué)生自覺運(yùn)用電子效應(yīng)知識(shí)分析有機(jī)化學(xué)中各種問題的良好思維習(xí)慣，為后續(xù)有機(jī)物性質(zhì)的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

上述三種電子效應(yīng)講授完畢后，與同學(xué)一起探討下列問題：（1）三種電子效應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)弱如何？（2）PhNH2和PhOH中苯環(huán)電子云密度的相對(duì)大小如何？（3）離開具體體系，孤立地說某個(gè)原子或基團(tuán)（如-OH、-NH2等）是吸電子或供電子基團(tuán)有沒有意義？

3" 電子效應(yīng)的應(yīng)用

多篇文獻(xiàn)[3-7]介紹了電子效應(yīng)在有機(jī)物結(jié)構(gòu)分析、偶極矩比較、酸堿性強(qiáng)弱比較、有機(jī)反應(yīng)方向和有機(jī)反應(yīng)機(jī)理和波譜分析等方面的應(yīng)用，但是這些文獻(xiàn)對(duì)電子效應(yīng)在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用介紹還不夠深入。本文選取典型例子，從七個(gè)方面闡述電子效應(yīng)的應(yīng)用。

3.1 "穩(wěn)定性比較

例1：比較（CH3）3C+、（CH3）2CH+、CH3CH2+、ClCH2CH2+、PhCH2+和O2NCH2CH2+的穩(wěn)定性；

例2：比較PhO -及其對(duì)位硝基、氯、甲基和氨基取代物的穩(wěn)定性；

例3：比較PhCH2+及其對(duì)位硝基、氯、甲基和氨基取代物的穩(wěn)定性；

例4：比較CH3CH2、H2C=CHCH2、（CH3）3C和H2C=CHCHCH=CH2的穩(wěn)定性；

例5：比較（CH3）3C-、（CH3）2CH-、CH3CH2-、ClCH2CH2-、PhCH2-和O2NCH2CH2-的穩(wěn)定性。

要求學(xué)生掌握穩(wěn)定性的判定依據(jù)：共軛作用越強(qiáng)越穩(wěn)定，參與超共軛的碳?xì)滏I數(shù)目越多越穩(wěn)定，帶電體系電荷越分散越穩(wěn)定。

3.2" 酸性強(qiáng)弱比較

例1：比較乙酸、苯酚、水、甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇?xì)庀鄺l件的酸性強(qiáng)弱；

例2：比較苯酚及其對(duì)位硝基、氯、甲基和氨基取代物的酸性強(qiáng)弱；

例3：比較4-溴丁酸、4-氟丁酸、3-氟丁酸、2-氟丁酸、2，2-二氟丁酸的酸性強(qiáng)弱；

例4：比較、、的酸性強(qiáng)弱；

例5：比較正丙苯 、 和 -H的酸性強(qiáng)弱；

例6：比較（CH3CO）2CH-H、CH3COCH2-H和CH3CH2CH2-H的酸性強(qiáng)弱；

例7：比較乙烷、乙烯和乙炔的酸性強(qiáng)弱；

例8：比較苯酚、鄰甲基苯酚和2，6-二甲基苯酚的酸性強(qiáng)弱；

酸性強(qiáng)弱判定依據(jù)：對(duì)于同一化學(xué)鍵，電子云密度越小越容易斷裂；共軛堿越穩(wěn)定越容易生成，離解出氫離子越容易，酸性越強(qiáng)；碳原子雜化狀態(tài)中s成分越高吸電子能力越強(qiáng)。

3.3" 堿性強(qiáng)弱比較

例1：比較CH3CH2O-、CH3O-、HO-、PhO-的堿性；

例2：比較三甲胺、二甲胺、甲胺、氨、苯胺、二苯胺的堿性；

例3：比較吡咯、二氫吡咯和四氫吡咯的堿性；

例4：比較CH3CH2-、CH2=CH-、CH≡C-的堿性；

例5：比較苯胺及其對(duì)位硝基、氯、甲基和氨基取代物的堿性；

例6：比較、NH3、和苯胺的堿性；

例7：比較CH3CH2O-、ClCH2CH2O-、BrCH2CH2O-、ICH2CH2O-、O2NCH2CH2O-的堿性。

堿性強(qiáng)弱判定依據(jù)：對(duì)于帶負(fù)電荷和孤對(duì)電子的體系，負(fù)電荷越集中或孤對(duì)電子電子云密度越大，結(jié)合氫離子越容易，堿性越強(qiáng)。共軛酸酸性越弱，共軛堿的堿性越強(qiáng)。

3.4親核性強(qiáng)弱比較

例1：比較C2H5O-、OH-、PhO-、CH3COO-、"" C2H5OH、H2O、PhOH、CH3COOH的親核性；

例2：比較NH2-、OH-、F-的親核性，NH3和H2O的親核性；

例3：比較I-、Br-、Cl-、F-的親核性，H2S和H2O的親核性。

親核試劑親核性強(qiáng)弱比較依據(jù)：先比較親核試劑的堿性，再看親核試劑的進(jìn)攻原子。如進(jìn)攻原子相同或同周期，親核性強(qiáng)弱順序同堿性強(qiáng)弱順序一致，如進(jìn)攻原子同主族，親核性強(qiáng)弱順序同堿性強(qiáng)弱順序相反。

3.5" 反應(yīng)活性大小比較

例1：比較CH2=CH2、CH3CH=CH2、CH3CH=CHCH3和（CH3）2C=CHCH3與H+的反應(yīng)活性；

例2：比較苯甲醚、甲苯、苯、苯胺、硝基苯和苯乙酮與Br+的反應(yīng)活性；

例3：比較1，3-丁二烯與氨基乙烯、丙烯、乙烯、氯乙烯和硝基乙烯反應(yīng)的反應(yīng)活性；

例4：比較乙烯與1，3-丁二烯及其2-位氨基、甲基、氯和硝基取代物的反應(yīng)活性；

例5：PhCH2+、（CH3）2CH+、CH3CH2+、O2NCH2CH2+、ClCH2CH2+與Br-的反應(yīng)活性；

例6：比較乙酰氯、乙酸酐、乙酸乙酯和乙酰胺在堿性條件下水解的反應(yīng)活性（先告知學(xué)生羧酸衍生物在堿性條件下的水解機(jī)理）。

反應(yīng)活性大小比較依據(jù)：不考慮空間位阻的情況下，富電子體系與缺電子體系反應(yīng)，富電子體系電子越富，缺電子體系電子越缺，反應(yīng)越容易。反應(yīng)中間體或產(chǎn)物越穩(wěn)定，反應(yīng)越容易。由于學(xué)生有機(jī)化學(xué)知識(shí)欠缺，該部分內(nèi)容教學(xué)時(shí)需要給學(xué)生提供一些背景知識(shí)，教會(huì)學(xué)生利用電子效應(yīng)分析反應(yīng)活性的方法，為后續(xù)官能團(tuán)性質(zhì)的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

3.6 對(duì)反應(yīng)方向的影響（反應(yīng)選擇性）

該部分教學(xué)內(nèi)容旨在培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)中間體和產(chǎn)物穩(wěn)定性判斷反應(yīng)主產(chǎn)物的思維方法。

3.7" 對(duì)反應(yīng)機(jī)理的影響

例1：

例2：

通過上述機(jī)理分析，富電子的C=C和苯環(huán)可以發(fā)生親電加成或親電取代反應(yīng)，當(dāng)連有強(qiáng)吸電子基團(tuán)時(shí)，富電子的C=C和苯環(huán)可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿彪娮有再|(zhì)，從而發(fā)生親核反應(yīng)。

4"" 電子效應(yīng)在有機(jī)物性質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)行大學(xué)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教材[8-10]大多按照官能團(tuán)安排章節(jié)，對(duì)有機(jī)物化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)機(jī)理的教學(xué)需要靈活嵌入電子效應(yīng)的教學(xué)，學(xué)生才能擺脫死記硬背的學(xué)習(xí)方法。官能團(tuán)性質(zhì)教學(xué)中涉及的電子效應(yīng)內(nèi)容見表2。

在學(xué)習(xí)官能團(tuán)化學(xué)性質(zhì)之前，根據(jù)電子效應(yīng)分析官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”分析官能團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)。比如醇酚章節(jié)的教學(xué)，首先和學(xué)生共同分析在C2H5OH分子中-OH對(duì)乙基只存在-I效應(yīng)，在PhOH中-OH對(duì)苯環(huán)同時(shí)存在-I和+C效應(yīng)，且后者更強(qiáng)，導(dǎo)致C2H5OH中-OH對(duì)乙基吸電子，而PhOH中-OH對(duì)苯環(huán)供電子。再啟發(fā)學(xué)生根據(jù)上述結(jié)果，從-OH氧原子電子云密度、C-O鍵O-H鍵的電子云密度和鍵長以及苯環(huán)電子云密度的變化幾個(gè)方面分析乙醇和苯酚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而分析兩者的化學(xué)性質(zhì)（如表3所示）。

5" 結(jié)論

電子效應(yīng)的教學(xué)應(yīng)當(dāng)著眼于啟發(fā)學(xué)生抓住有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)規(guī)律，幫助學(xué)生徹底擺脫死記硬背的學(xué)習(xí)方法。實(shí)踐證明：電子效應(yīng)采用集中教學(xué)和分散教學(xué)相結(jié)合的方法，有利于學(xué)生吃透電子效應(yīng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生自覺運(yùn)用電子效應(yīng)分析有機(jī)化學(xué)問題的良好習(xí)慣，從而使基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)達(dá)到事半功倍的效果。

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（責(zé)任編輯：朱 彬）