電性分析在培養(yǎng)學(xué)生有機(jī)化學(xué)思維能力教學(xué)中的應(yīng)用

肖竹平，馮秋菊

吉首大學(xué)國(guó)家級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，湖南 吉首 416000

有機(jī)化學(xué)是化學(xué)相關(guān)專業(yè)必修的一門(mén)化學(xué)基礎(chǔ)課程，在有機(jī)化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分學(xué)生在學(xué)習(xí)單元知識(shí)時(shí)并不感覺(jué)困難、困惑，一旦不同單元的問(wèn)題出現(xiàn)在一起時(shí)，往往就感覺(jué)力不從心、無(wú)從下手，也就是對(duì)相關(guān)知識(shí)的記憶不持久，不能迅速檢索出或者選擇相關(guān)的知識(shí)來(lái)解決當(dāng)前問(wèn)題，知識(shí)點(diǎn)之間的干擾比較嚴(yán)重，臨場(chǎng)反應(yīng)差，運(yùn)用知識(shí)的能力明顯不足。造成這種情形的原因除與初高中階段形成的低容量、慢節(jié)奏的學(xué)習(xí)方式有關(guān)外，也與學(xué)生不注重知識(shí)的歸納總結(jié)、比較分析有關(guān)，導(dǎo)致了知識(shí)間的干擾和負(fù)遷移。歸根到底還是與學(xué)生沒(méi)有形成有機(jī)化學(xué)思維有關(guān)，不能用有機(jī)化學(xué)的思維方式來(lái)解決問(wèn)題，這是學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，迫切需要有機(jī)化學(xué)教師結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，進(jìn)行教學(xué)方法的改革與探索[1-3]，以培養(yǎng)學(xué)生的有機(jī)化學(xué)思維能力。所謂有機(jī)化學(xué)思維實(shí)際上就是結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)的化學(xué)思維在有機(jī)化學(xué)中的運(yùn)用。有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)中最核心的單元就是官能團(tuán)[4,5]，官能團(tuán)所處的環(huán)境(電子效應(yīng)和空間效應(yīng))對(duì)官能團(tuán)的活性有重要影響[6-8]，因此對(duì)于一個(gè)化合物的性質(zhì)來(lái)說(shuō)，官能團(tuán)決定有無(wú)，而電子效應(yīng)和空間效應(yīng)決定水平，這是有機(jī)化學(xué)思維的基石。培養(yǎng)學(xué)生的有機(jī)化學(xué)思維就是要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)、電子效應(yīng)和空間效應(yīng)來(lái)思考有機(jī)化學(xué)問(wèn)題。如何快捷地培養(yǎng)化學(xué)專業(yè)學(xué)生的有機(jī)化學(xué)思維能力，是減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、提高學(xué)習(xí)效率，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通、靈活運(yùn)用的前提，也是有機(jī)化學(xué)教師多年來(lái)思考和交流的共同課題，有機(jī)化學(xué)教育工作者已在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了多方嘗試[9-13]。譬如張淑蓉等[14]采用“結(jié)構(gòu)引導(dǎo)教學(xué)法”，通過(guò)分析羰基的結(jié)構(gòu)特征、電荷分布、電子效應(yīng)等幫助學(xué)生理解掌握醛酮的理化性質(zhì)；朱偉明等[15]采用比較、啟發(fā)教學(xué)法，通過(guò)分析烯烴、炔烴、醛酮、羧酸衍生物官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征和電子效應(yīng)等幫助學(xué)生辨析、理解這些物質(zhì)的加成、取代等反應(yīng)；崔玉明[16]采用啟發(fā)式、探究式教學(xué)法，從有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)比較分析中間體(過(guò)渡態(tài))的穩(wěn)定性，自主預(yù)測(cè)反應(yīng)可能的產(chǎn)物和相對(duì)量。這些工作表明，培養(yǎng)學(xué)生的有機(jī)化學(xué)思維對(duì)掌握和運(yùn)用有機(jī)反應(yīng)具有重要的意義。

有機(jī)反應(yīng)是學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的難點(diǎn)之一，困難不在于對(duì)單個(gè)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)和理解，而在于眾多反應(yīng)之間的互相干擾。很多學(xué)生的感受是有機(jī)反應(yīng)多、散，記不住、記不牢、干擾嚴(yán)重、運(yùn)用困難。有這些感受的學(xué)生是沒(méi)有找到看似無(wú)關(guān)的反應(yīng)之間的共同點(diǎn)，因而不能將相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行整合和系統(tǒng)化，同時(shí)也在于教師在教學(xué)時(shí)沒(méi)有采用適當(dāng)?shù)姆绞椒椒▽⑦@些隱藏的共同點(diǎn)外在化，使學(xué)生在眾多反應(yīng)構(gòu)筑的迷宮中迷失了方向，只見(jiàn)樹(shù)木，無(wú)法看到森林。

如何幫助學(xué)生在認(rèn)識(shí)和理解了反應(yīng)及其反應(yīng)機(jī)理之后，牢記這些反應(yīng)，是有機(jī)化學(xué)教學(xué)的一大難點(diǎn)。在多年的有機(jī)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)中引入電性分析，教會(huì)學(xué)生通過(guò)電性分析來(lái)發(fā)現(xiàn)眾多有機(jī)反應(yīng)的共性，來(lái)記憶和系統(tǒng)化有機(jī)反應(yīng)，從而順利實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和延伸，使學(xué)生掌握通過(guò)物質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)理解和運(yùn)用有機(jī)反應(yīng)的有機(jī)化學(xué)思維，增強(qiáng)臨場(chǎng)反應(yīng)能力，顯著提高了教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)的興趣。筆者從以下幾個(gè)方面來(lái)闡述電性分析在培養(yǎng)學(xué)生有機(jī)化學(xué)思維教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用。

有機(jī)化學(xué)反應(yīng)大致可以分為三類(lèi)：離子型反應(yīng)、自由基型反應(yīng)和協(xié)同反應(yīng)，電性分析適合于所有離子型反應(yīng)的教學(xué)。在掌握了反應(yīng)機(jī)理之后，運(yùn)用電性分析的方法，對(duì)反應(yīng)進(jìn)行共性提取、歸納、總結(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)分析反應(yīng)物結(jié)構(gòu)來(lái)掌握有機(jī)反應(yīng)的思維能力，對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的掌握更牢固持久。

1 電性分析在烯烴與各種試劑的親電加成、親核加成教學(xué)中的運(yùn)用

在認(rèn)識(shí)和理解反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)烯烴和親電試劑(親核試劑)的反應(yīng)進(jìn)行歸納總結(jié)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析親電試劑(親核試劑)和烯烴的極性，如圖1所示：親電試劑R’O-H中O-H的O原子電負(fù)性大于H原子，所以O(shè)上帶δ-，H上帶δ+，而對(duì)于烯烴，在有推電子基R的情況下，雙鍵的電子云會(huì)推向右側(cè)，使右側(cè)C原子電子云密度上升，因此可視為帶上部分負(fù)電荷(δ-)，左側(cè)C原子則可視為帶上部分正電荷(δ+)。有一點(diǎn)需要教師在上課時(shí)特別提示：共軛體系或孤立雙鍵是被Π或π鍵的電子云包圍的，總體顯“負(fù)電性”的，電性分析中的δ+和δ-只是表明該原子上的電子云密度的相對(duì)高低(即電子云分布的不均勻性)，在這點(diǎn)上與單鍵的電性分析有所不同。根據(jù)電荷相互作用的原理可知，在發(fā)生親電反應(yīng)時(shí)，親電試劑帶δ+的原子會(huì)優(yōu)先與共軛體系或孤立雙鍵帶δ-的原子結(jié)合，而在發(fā)生親核反應(yīng)時(shí)，情況則相反。因此學(xué)生很容易想到親電試劑的R’O基團(tuán)與烯烴帶δ+的C原子結(jié)合，而H則與帶δ-的C原子結(jié)合，得圖1所示結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，即符合馬氏規(guī)則的產(chǎn)物，類(lèi)似的與H2O、H2SO4、HCl、HBr反應(yīng)的產(chǎn)物按電性分析的方法也可以輕易寫(xiě)出(表1)。

圖1 烯烴與醇發(fā)生親電加成反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物的電性分析和產(chǎn)物形成規(guī)律

表1 烯烴與各種親電試劑的電性分析及反應(yīng)產(chǎn)物

在此基礎(chǔ)上，采用探究式教學(xué)，教師不提及反馬規(guī)則，而是讓學(xué)生運(yùn)用電性分析的方法來(lái)分析烯烴與BH3的反應(yīng)(電負(fù)性數(shù)據(jù)自行查閱)，并及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生與前面的反應(yīng)比較，學(xué)生會(huì)自行發(fā)現(xiàn)反馬氏規(guī)則，并且也能自行通過(guò)電性分析，成功寫(xiě)出烯烴與HClO反應(yīng)的產(chǎn)物(表1)，而這個(gè)反應(yīng)是既不能通過(guò)馬氏規(guī)則也不能通過(guò)反馬氏規(guī)則來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的，這使學(xué)生獲得高度的成就感。這是典型的知識(shí)遷移運(yùn)用的例子，而知識(shí)遷移不會(huì)總是正確，因此教師此時(shí)需要提醒學(xué)生，要自問(wèn)為什么可以這樣？并強(qiáng)調(diào)，要真正掌握一個(gè)有機(jī)反應(yīng)，必須掌握它的機(jī)理，從而引導(dǎo)學(xué)生去認(rèn)識(shí)、探索反應(yīng)的機(jī)理。這里體現(xiàn)了一個(gè)由表及里(從反應(yīng)到機(jī)理)、由里及表(電性分析總結(jié)規(guī)律)、再由表及里(知識(shí)遷移再探索本質(zhì))的認(rèn)識(shí)事物的基本過(guò)程。因此教師在運(yùn)用電性分析進(jìn)行教學(xué)時(shí)需要遵循這一過(guò)程，否則就容易導(dǎo)致知識(shí)的負(fù)遷移現(xiàn)象的出現(xiàn)。由表及里可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)、由里及表可以讓學(xué)生更自如地運(yùn)用知識(shí)、再由表及里可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)謹(jǐn)慎地對(duì)待知識(shí)遷移。

很顯然，運(yùn)用電性分析的方法，把原本分屬于三個(gè)體系的反應(yīng)(符合馬氏規(guī)則的反應(yīng)、反馬氏規(guī)則的反應(yīng)、馬氏規(guī)則不適用的反應(yīng))統(tǒng)一起來(lái)了，彼此不再產(chǎn)生干擾。教學(xué)的難點(diǎn)突破了，學(xué)生的成就感增強(qiáng)了，學(xué)習(xí)的興趣提高了。

在課堂上，教師還可以進(jìn)一步與探究式的教學(xué)方法相結(jié)合，拋出學(xué)生完全陌生的反應(yīng)：假如雙鍵上為吸電子基(如CO2Me、CN等)時(shí)，反應(yīng)的產(chǎn)物又如何呢？讓學(xué)生自行通過(guò)電性分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)(圖2)。

圖2 烯烴與醇發(fā)生親核加成反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物的電性分析和產(chǎn)物形成規(guī)律

在這種情形下，由于吸電子基的作用，左側(cè)C帶δ-，右側(cè)C原子帶δ+，因此H與帶δ-的左側(cè)C原子結(jié)合，而R’O基團(tuán)(δ-)則與雙鍵右側(cè)C原子(δ+)結(jié)合，產(chǎn)物如圖2所示，這與親電加成的情況恰好相反，學(xué)生無(wú)法運(yùn)用馬氏規(guī)則來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。雖然馬氏規(guī)則使用的前提是親電加成，但有相當(dāng)一部分學(xué)生會(huì)忽略這樣的一個(gè)前提進(jìn)行使用，因慣性思維而導(dǎo)致出錯(cuò)，而電性分析不會(huì)造成這樣的后果。學(xué)生通過(guò)知識(shí)遷移，自行探索出烯烴親核加成反應(yīng)的規(guī)律，培養(yǎng)了有機(jī)化學(xué)思維能力，提高了臨場(chǎng)應(yīng)變能力，獲得了極大的成就感，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣。正如前面所提及的，教師的教學(xué)工作至此并未完成，必須進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探索反應(yīng)機(jī)理，完成第二個(gè)“由表及里”的工作：反應(yīng)本質(zhì)上是1,4-加成，形式上是3,4-加成(即C＝C雙鍵的加成)；堿性條件下是負(fù)離子(如R’O-)先進(jìn)攻雙鍵右側(cè)帶δ+的C原子引發(fā)加成反應(yīng)，而在酸性條件下是H+與吸電子基上帶孤對(duì)電子O、N等結(jié)合，然后通過(guò)共振，導(dǎo)致右側(cè)C原子轉(zhuǎn)化為C+，繼而反應(yīng)得到產(chǎn)物。

顯然，學(xué)生如按常規(guī)的方法記憶上述幾類(lèi)反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)記憶是清晰的，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，它們就會(huì)發(fā)生混淆，導(dǎo)致出錯(cuò)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降。而基于電性分析的教學(xué)方法，可以使學(xué)生快速掌握許多有機(jī)反應(yīng)，并使有機(jī)反應(yīng)系統(tǒng)化，實(shí)現(xiàn)上述幾類(lèi)反應(yīng)的統(tǒng)一：烯烴的δ+端C原子與另一反應(yīng)物的δ-端原子結(jié)合，而烯烴的δ-端C原子則與反應(yīng)物的δ+端原子結(jié)合。顯然電性分析法能幫助學(xué)生記憶和預(yù)測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物，化難為易，因而迅速培養(yǎng)了學(xué)生的有機(jī)化學(xué)思維能力，這樣學(xué)生不再需要記住這些具體的反應(yīng)，只需即時(shí)對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行電性分析，即使忘記了相關(guān)規(guī)則(如馬氏規(guī)則)，也能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。這本質(zhì)上就是授人以漁而不是授人以魚(yú)，從而大大提高了課堂教學(xué)效果，對(duì)減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、提高知識(shí)運(yùn)用的靈活性、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣具有重要作用。但也要注意通過(guò)加強(qiáng)機(jī)理學(xué)習(xí)來(lái)克服其不注重反應(yīng)過(guò)程、立體化學(xué)等不足。

2 醛酮與各種試劑的親核加成

對(duì)于醛酮的加成反應(yīng)，采用電性分析的教學(xué)方法，可以收到同樣的效果，反應(yīng)物的電性分析和反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)如表2所示。為了使學(xué)生的知識(shí)更系統(tǒng)，減輕學(xué)生的記憶壓力，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)靈活運(yùn)用的能力，教師可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生將醛酮羰基的加成反應(yīng)與烯烴的加成反應(yīng)進(jìn)行比較，通過(guò)電性分析，將醛酮的加成反應(yīng)納入到同一個(gè)反應(yīng)模型中(圖3A)。經(jīng)過(guò)這樣的比較，學(xué)生的大腦內(nèi)存得到了釋放，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的融會(huì)貫通。

表2 醛酮與各種親核試劑的電性分析及反應(yīng)產(chǎn)物

至于和NaHSO3反應(yīng)，最終產(chǎn)物是(1)而不是(2)；和NH3反應(yīng)的最終產(chǎn)物是Schiff堿(3)而不是(4)。可以在課堂上進(jìn)行提問(wèn)和解釋，前者跟磺酸的酸性比醇的酸性強(qiáng)，發(fā)生了分子內(nèi)的質(zhì)子交換反應(yīng)有關(guān)；后者跟(4)不穩(wěn)定，容易分子內(nèi)脫水得到穩(wěn)定性更高的產(chǎn)物(3)有關(guān)(圖3B)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出產(chǎn)物的最終形式由結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來(lái)決定的結(jié)論。這進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生通過(guò)結(jié)構(gòu)分析來(lái)思考有機(jī)化學(xué)問(wèn)題的有機(jī)化學(xué)思維能力。

圖3 (A) 烯、醛酮親電/親核加成反應(yīng)的統(tǒng)一模型和電性分析；(B) 醛酮和NaHSO3、NH3反應(yīng)可能的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)

3 各種親核取代反應(yīng)

反應(yīng)底物和親核試劑的電性分析如圖4A所示，底物的中心C帶δ+，離去基團(tuán)X帶δ-，學(xué)生通過(guò)電性分析很容易得出親核試劑帶δ-的基團(tuán)(進(jìn)攻基團(tuán))進(jìn)攻底物的中心C，導(dǎo)致X離去，通過(guò)比較反應(yīng)物和產(chǎn)物的構(gòu)造式，學(xué)生自然得出結(jié)論親核試劑的進(jìn)攻基團(tuán)取代了底物中的離去基團(tuán)的位置(圖4A)。引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的延伸與擴(kuò)展，能輕易總結(jié)出表3所示的反應(yīng)。在教學(xué)中，需要特別提醒學(xué)生注意叔鹵代烴、仲鹵代烴、親核試劑的堿性和親核性、反應(yīng)的機(jī)理類(lèi)型等，它們會(huì)影響取代與消除反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)。經(jīng)過(guò)以電性分析為基礎(chǔ)的有機(jī)化學(xué)思維的訓(xùn)練，對(duì)于陌生的親核取代反應(yīng)，學(xué)生也能順利預(yù)測(cè)反應(yīng)的產(chǎn)物(圖4B)。

表3 鹵代烴與各種親核試劑的電性分析及反應(yīng)產(chǎn)物

圖4 (A) 鹵代烴與水發(fā)生親核取代反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物的電性分析和產(chǎn)物形成規(guī)律；(B) 電性分析在陌生的親核取代反應(yīng)中的應(yīng)用

4 芳環(huán)上的親電/親核取代反應(yīng)

教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)烯烴電性分析的經(jīng)驗(yàn)對(duì)苯環(huán)進(jìn)行電性分析，當(dāng)苯環(huán)上為給電子基R時(shí)，會(huì)把電子云往鄰位C原子推，所以鄰位C帶δ-，苯環(huán)是共軛體系，電荷分布呈現(xiàn)極性交錯(cuò)現(xiàn)象，故兩個(gè)間位C帶δ+，對(duì)位C帶δ-，親電試劑以R’-X為例的電性分析結(jié)果是X帶δ-、而R’帶δ+(表4)。注意提醒學(xué)生苯環(huán)上的δ+和δ-是相對(duì)的，苯環(huán)總體而言是高電子云密度的，負(fù)電性的(與前面提到的烯烴的情況類(lèi)似)，所以帶δ+的R’不是不能進(jìn)攻苯環(huán)上帶δ+的C，只是進(jìn)攻難度更高一些。與探究式教學(xué)方法相結(jié)合，帶給電子基的單取代苯環(huán)進(jìn)行親電取代時(shí)，學(xué)生在電性分析的基礎(chǔ)上，很容易推斷出，親電試劑帶δ+的R’主要進(jìn)入苯環(huán)的鄰位或?qū)ξ?，因此產(chǎn)物以鄰對(duì)位為主。對(duì)于苯環(huán)上為吸電子基EWG(electron-withdrawing group)的情況，可以讓學(xué)生自行進(jìn)行電性分析，不需要教師的干預(yù)，學(xué)生就能得出與給電子基R的情況截然不同的結(jié)論，即鄰對(duì)位的C帶δ+，而兩個(gè)間位C則帶δ-，因此學(xué)生會(huì)推斷出如下結(jié)論：帶吸電子基的單取代苯環(huán)進(jìn)行親電取代時(shí)，親電試劑帶δ+的R’主要進(jìn)入苯環(huán)的間位，得間位為主的產(chǎn)物(表4)。繼而可以讓學(xué)生將這種分析應(yīng)用于更多的反應(yīng)(包括親電取代反應(yīng)和親核取代反應(yīng)，表4)，在此基礎(chǔ)上，學(xué)生就能自主探索出芳環(huán)親電取代時(shí)基團(tuán)的定位規(guī)則。教師在教學(xué)中需要特別指出，簡(jiǎn)單的電性分析(δ+、δ-)不能解釋鹵素的定位效應(yīng)，因此為了加深學(xué)生的理解和提高學(xué)生的理論水平，教師還應(yīng)該從反應(yīng)中間體、過(guò)渡態(tài)能量的角度，從中間體共振結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性角度等方面分析、總結(jié)基團(tuán)的定位效應(yīng)。

表4 苯、五元/六元雜環(huán)芳烴與各種親電/親核試劑的電性分析及反應(yīng)產(chǎn)物

(續(xù)表4)

對(duì)于呋喃、吡咯、噻吩、吡啶等芳雜環(huán)上的親電取代反應(yīng)，學(xué)生對(duì)取代基進(jìn)入的位置的出錯(cuò)率比較高。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推理，對(duì)呋喃、吡咯、噻吩等五元芳雜環(huán)的5中心6電子進(jìn)行分析(圖5)，形成這個(gè)時(shí)，O、N、S分別提供2個(gè)電子(5)，而環(huán)上的C原子都只提供1個(gè)電子，雖然O、N、S的電負(fù)性大，有吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，但相對(duì)而言O(shè)、N、S多給出了一個(gè)電子，因此總的效應(yīng)是給電子的，O、N、S因此帶δ+，所以其α位帶δ-、β位則帶δ+，即(6)，故優(yōu)先在α位發(fā)生親電取代反應(yīng)。以此理解為基礎(chǔ)，為便于學(xué)生記憶，可以把O、N、S上有一對(duì)電子的p軌道看成一個(gè)假想的給電子基R’，然后依據(jù)苯環(huán)上電性分析的經(jīng)驗(yàn)，得出電性分析的結(jié)果(7)，自然知道取代基進(jìn)入的位置。由此可見(jiàn)，學(xué)生在遇到問(wèn)題若能即時(shí)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)碾娦苑治觯苊馊ピS多記憶之苦。

圖5 五元雜芳環(huán)、六元雜芳環(huán)電性分析情況

教師還可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)吡啶環(huán)進(jìn)行電性分析，與五元芳雜環(huán)不同的是，吡啶環(huán)是6中心6電子，環(huán)上的N與C一樣都只提供1個(gè)電子，但N的電負(fù)性比C大，所以具有吸電子作用，使N帶δ-，所以N鄰位的C帶δ+，間位的C帶δ-，即(8)，故優(yōu)先在N的間位發(fā)生親電取代反應(yīng)。類(lèi)似的，基于上述理解，為便于學(xué)生記憶，可以把N上只有1個(gè)電子的p軌道看成一個(gè)假想的吸電子基EWG，然后按照苯環(huán)上電性分析相同的方法，得出電性分析的結(jié)果(9)。至此，在電性分析的基礎(chǔ)上，將苯環(huán)、五元雜芳環(huán)、六元雜芳環(huán)的親電、親核取代的定位規(guī)則進(jìn)行了統(tǒng)一，無(wú)需再去記憶哪些是鄰對(duì)位定位基、哪些是間位定位基、五元雜芳環(huán)的定位規(guī)則、六元雜芳環(huán)的定位規(guī)則，大大減輕了學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)，提高了學(xué)生臨場(chǎng)分析、解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生學(xué)習(xí)更輕松，知識(shí)的運(yùn)用更靈活。

5 結(jié)語(yǔ)

在多年有機(jī)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，筆者嘗試了在認(rèn)識(shí)和理解反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，恰當(dāng)運(yùn)用知識(shí)遷移，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)反應(yīng)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行電性分析，主動(dòng)探索，培養(yǎng)學(xué)生的有機(jī)化學(xué)思維，突破了教學(xué)中的難點(diǎn)，減輕了學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的記憶負(fù)擔(dān)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握更加持久牢固，取得了良好的教學(xué)效果。進(jìn)行電性分析所基于的知識(shí)基礎(chǔ)而簡(jiǎn)單：電負(fù)性、誘導(dǎo)和共軛效應(yīng)、電荷相互作用的原理。基于電性分析的教學(xué)方法，能引導(dǎo)學(xué)生將表面不相關(guān)甚至相對(duì)的一些反應(yīng)整合于一體，如實(shí)現(xiàn)烯烴的親電/親核加成、醛酮的親核加成等反應(yīng)的統(tǒng)一，各種親核取代反應(yīng)的統(tǒng)一，苯環(huán)上親電/親核取代反應(yīng)、五元芳雜環(huán)的親電取代反應(yīng)、六元芳雜環(huán)的親電/親核取代反應(yīng)的統(tǒng)一，等等。使學(xué)生能夠?qū)⒘闵⒌闹R(shí)、規(guī)則聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一，促進(jìn)知識(shí)的融合與靈活運(yùn)用，化難為易；使學(xué)生的思路更加清晰，成就感增強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣提高。雖然優(yōu)點(diǎn)很顯著，但電性分析也存在不足，主要體現(xiàn)在不能涵蓋立體化學(xué)、碳正離子重排等和機(jī)理相關(guān)的內(nèi)容，所以一定要加強(qiáng)與機(jī)理的教學(xué)及學(xué)習(xí)的結(jié)合，并且在涉及上述內(nèi)容時(shí)需要教師多加強(qiáng)調(diào)，以更好地發(fā)揮這一教學(xué)方法的積極作用。