“分子中原子相互影響”觀念的基礎(chǔ)、養(yǎng)成、意義和應(yīng)用

吳俊明+李建強(qiáng)

摘要：“分子中原子相互影響”觀念從屬于物質(zhì)微粒觀。概述了“分子中原子相互影響”觀念的基礎(chǔ)、意義，結(jié)合教學(xué)實例討論了它的養(yǎng)成和應(yīng)用等。

關(guān)鍵詞：“分子中原子相互影響”觀念；基礎(chǔ)；分子；原子；科學(xué)觀念

文章編號：1005–6629（2015）6–0003–07 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

隨著化學(xué)研究不斷地向微觀領(lǐng)域深入，人們對物質(zhì)微粒的真實狀況日益了解，逐步形成了“分子中原子相互影響”觀念，并以此指導(dǎo)進(jìn)一步的認(rèn)識和應(yīng)用活動。本文對這個重要觀念的基礎(chǔ)、養(yǎng)成、意義和應(yīng)用等進(jìn)行概述。

1 分子中的原子是相互影響的

在分子中，直接結(jié)合的原子之間存在著化學(xué)鍵，是強(qiáng)烈地相互作用著的。在異核雙原子共價鍵中，電負(fù)性較強(qiáng)的原子（或者基團(tuán)）會把共享電子對“拉”向它那一方，使得電荷分布不均勻，形成極性鍵；如果分子的正負(fù)電荷中心不重合，就會形成極性分子。分子的極性會影響物質(zhì)的溶解性和熔、沸點，表現(xiàn)為極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑；以及在分子量相同的情況下，極性分子比非極性分子有更高的沸點等。

所謂“分子中原子相互影響”在本文中首先是指不直接結(jié)合的原子之間的相互影響，這些原子間的相互作用較弱，這是要請讀者注意的。

一般說來，分子中原子間的相互影響可以分為電子效應(yīng)和空間效應(yīng)兩類。

1.1 電子效應(yīng)

電子效應(yīng)指的是分子中電子云密度分布對物質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生的影響，主要包括誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)。

1.1.1 誘導(dǎo)效應(yīng)

在多原子分子中，一個鍵的極性會影響到分子的其他部分，使分子的電子云密度發(fā)生一定程度的改變，從而使其他化學(xué)鍵的極性相應(yīng)地發(fā)生不同程度的改變。這種現(xiàn)象就是誘導(dǎo)效應(yīng)。

誘導(dǎo)效應(yīng)在有機(jī)化合物分子中比較常見。其特點是成鍵電子云的偏移沿著σ鍵傳遞，并隨著碳鏈的增長而減弱直至消失。例如，醋酸是弱酸（pKi=4.76），醋酸分子中的α-碳原子上引入一個電負(fù)性比氫強(qiáng)的氯原子后，能使整個分子的電子云向氯原子偏移，促成羥基中氫原子質(zhì)子化，使一氯醋酸成為強(qiáng)酸（pKi=2.86，酸性比醋酸強(qiáng)）。

在表示誘導(dǎo)效應(yīng)時，一般用箭頭“→”（或者在共價鍵上加標(biāo)弧形箭頭）表示電子云的分布發(fā)生了變化以及電子偏移的方向。誘導(dǎo)效應(yīng)是一種短程的電子效應(yīng)，一般隔3個化學(xué)鍵影響就小到可以忽略不計了。例如，氯代丙酸中羥基氫原子性質(zhì)跟醋酸中羥基氫原子的差別就比氯代醋酸的小。

比較各種原子或基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)時，常以氫原子為標(biāo)準(zhǔn)。吸引電子能力（電負(fù)性）比氫原子強(qiáng)的原子或基團(tuán)（如-X、-OH、-NO2、-CN等）有吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)（負(fù)誘導(dǎo)效應(yīng)），稱為吸電子基（或親電子基）；吸引電子能力比氫原子弱的原子或基團(tuán)（如烷基）具有給電子的誘導(dǎo)效應(yīng)（正誘導(dǎo)效應(yīng)），稱為斥電子基（或供電子基）。

一個原子或基團(tuán)究竟是親電子基還是供電子基，通?？梢酝ㄟ^測定有關(guān)取代酸的電離常數(shù)來判斷。一般說來，常見原子或基團(tuán)誘導(dǎo)效應(yīng)的相對強(qiáng)弱順序如下：

1.1.2 共軛效應(yīng)

共軛效應(yīng)主要存在于一些有機(jī)化合物分子中。在這些分子中，處于同一平面的某些原子的部分價電子發(fā)生離域作用，形成共軛π鍵（大π鍵），使分子內(nèi)能降低、穩(wěn)定性增高、鍵長趨于平均化。由于共軛，分子中原子的相互影響可以沿著整個共軛系統(tǒng)傳遞。在外電場影響下，共軛分子鏈會發(fā)生極性交替現(xiàn)象，引起分子發(fā)生某些變化。

再如，苯分子中的6個碳原子位于同一個平面上，每一個碳原子的價電子中都有1個p電子，它們彼此平行的p軌道共軛形成閉合的大π鍵體系：電子云平均地分布于6個C-C鍵；每個C-C鍵長都相等（1.39A8，介于C-C單鍵1.55A8

和C=C雙鍵1.33A8

之間）；共軛的p電子（π電子）圍繞6個碳原子核運動，使苯環(huán)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定并影響到苯的性質(zhì)。

共軛效應(yīng)可以跟誘導(dǎo)效應(yīng)同時存在。例如，在氯代乙烯分子中就存在這種情況：誘導(dǎo)效應(yīng)使電子向氯原子方向移動，而共軛效應(yīng)使電子向反方向移動，結(jié)果是：氯代乙烯分子中C-Cl鍵的極性明顯地比氯代乙烷分子中C-Cl鍵的極性小。

C-H σ鍵能跟C=C π鍵形成σ-π共軛效應(yīng)（或稱超共軛效應(yīng)）。其存在可由2-丁烯的氫化熱小于1-丁烯這一事實證明。

這是由于2-丁烯有較多的C-H σ鍵與C=Cπ鍵共軛，發(fā)生電子離域，使體系能量降低造成的結(jié)果。

無機(jī)分子中也可能含有共軛π鍵。例如在NO2分子中，N原子與兩個O原子各有1個相互平行的p軌道，這些軌道上各有1個未成對電子，它們可以形成三電子的共軛π鍵：

再如，在CO2分子中，C原子以sp雜化軌道參與成鍵，剩下的兩個p軌道互相垂直，且各有1個電子；兩個O原子也剩下兩個互相垂直的p軌道，其中一個p軌道上有1個電子，另一個軌道上有2個電子；C原子和兩個O原子形成兩個互相垂直的共軛π鍵，每個共軛π鍵形成時都是由一個O原子提供填有2個電子的p軌道，另一個O原子提供填有1個電子的p軌道，即形成兩個互相垂直的3軌4電子共軛π鍵。

1.2 空間效應(yīng)

空間效應(yīng)指的是分子的空間結(jié)構(gòu)對物質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生的影響，又稱立體效應(yīng)。主要有兩種情況。

1.2.1 空間阻礙

空間阻礙是由于分子中靠近反應(yīng)中心的原子或基團(tuán)占有一定的空間位置，而影響分子反應(yīng)活性的效應(yīng)，又稱“空間位阻”。

空間因素可以引起物理性質(zhì)的改變，能夠用于選擇或控制反應(yīng)的方向。例如，某些聯(lián)苯衍生物由于轉(zhuǎn)動受阻，存在著旋光異構(gòu)現(xiàn)象。

再如，當(dāng)苯甲酸的兩個鄰位都連有取代基時（鄰位雙取代苯甲酸），直接酯化反應(yīng)比苯甲酸困難得多，取代基越大，影響也越大。這個現(xiàn)象只能用取代基的空間阻礙作用來解釋。同樣，鄰位雙取代苯甲酸的酯也較難水解。這是由于鄰位上的基團(tuán)占據(jù)了較大的空間位置，阻礙了試劑（水、醇等）對羧基碳原子的進(jìn)攻。又如，酶反應(yīng)中空間位阻會降低其催化活性；在配位化合物中，當(dāng)向一個配體引入某些較大基團(tuán)后，由于產(chǎn)生空間位阻，會影響它與中心原子形成配位化合物。

1.2.2 分子內(nèi)張力

在分子中，不直接相連的原子（或基團(tuán)）有時會因為體積較大使鍵長或鍵角發(fā)生一定程度改變，給分子造成一定張力。分子內(nèi)張力多跟空間因素有關(guān)，有時也跟靜電作用有關(guān)。例如，由于兩個氫原子互相排斥，水分子中的兩個氫原子之間的鍵角會增大為104°45。分子內(nèi)張力會使分子的穩(wěn)定性降低，直接影響物質(zhì)的性質(zhì)。

電子效應(yīng)和空間效應(yīng)可以同時在分子中存在，互相聯(lián)系，互相制約。而且，不同的分子中，電子效應(yīng)和空間效應(yīng)的具體情況都可能有所不同。

2 不同分子的原子之間也可能存在相互影響

實際上，不同分子的原子之間也可能存在相互作用。例如，溶劑等外界因素可能會對化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響就屬于這種情況。

不同分子的原子之間進(jìn)行重組，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在廣義上也可以算是不同分子的原子之間的相互作用（相互影響）。不過，這不屬于本文所要討論的情況。本文只討論在不破壞原有分子組成前提下的不同分子的原子之間的相互作用（相互影響）。這種影響是近程的，是以不同分子相距較近為條件的。

不同分子間原子相互影響主要有下列幾種情況[1～7]：

2.1 形成誘導(dǎo)極性

在化學(xué)反應(yīng)中，分子的反應(yīng)中心在受到極性試劑進(jìn)攻時，鍵的電子云分布會因試劑電場的影響而發(fā)生誘導(dǎo)極化（動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)）。變化的程度跟外加電場的強(qiáng)度和鍵的極化度有關(guān)。

2.2 形成分子間作用力

電中性的原子或分子之間也存在著相互作用力，稀有氣體能夠液化同時釋放能量就是證明。這種非化學(xué)鍵的相互作用力被稱為分子間作用力，又稱范德華力。分子間作用力具有加和性。

分子間作用力主要由3部分組成：（1）分子的永久偶極之間產(chǎn)生的取向作用（取向力）；（2）由極性分子的偶極產(chǎn)生的誘導(dǎo)作用（誘導(dǎo)力）；（3）由于原子中的電子和原子核總是在不斷運動，會導(dǎo)致正、負(fù)電荷中心瞬間不重合形成瞬時偶極的情況經(jīng)常發(fā)生。分子的瞬時偶極間的相互作用，即所謂色散力（因其作用能表達(dá)式跟光的色散公式相似而得名，又叫做倫敦力）。色散力和相互作用分子的變形性有關(guān)。一般說來，分子量越大，變形性就越大，色散力也越大。電離勢較低的分子色散力也較大。分子間作用力的大小與分子間距離的6次方成反比。當(dāng)分子間距離稍稍增大時，分子間作用力就迅速減小，表現(xiàn)出近程力的特征（作用距離一般為0.3～0.5nm）。

極性分子與極性分子之間，取向力、誘導(dǎo)力、色散力都存在；極性分子與非極性分子之間存在誘導(dǎo)力和色散力；非極性分子與非極性分子之間只存在色散力。這3種類型的力同時存在時的比例決定于相互作用的分子的極性和變形性。極性越大，取向力的作用越重要；變形性越大，色散力就越重要；誘導(dǎo)力則與這兩種因素都有關(guān)。色散力存在于一切分子之間。實驗證明，對大多數(shù)分子來說，色散力是主要的；只有偶極矩很大的分子（如水），取向力才是主要的；誘導(dǎo)力通常是很小的。

分子間作用力是決定物質(zhì)的沸點、熔點、汽化熱、溶解度和表面張力等物理化學(xué)性質(zhì)的重要因素。鹵素分子物理性質(zhì)很容易用分子間作用力定性地說明：F2、Cl2、Br2、I2都是非極性分子，循序分子量增大，原子半徑增大，電子增多，因此色散力增加，分子變形性增加，分子間力增加。所以鹵素分子循序熔、沸點迅速增高，常溫下F2、Cl2是氣體，Br2是液體而I2則是固體。

分子晶體的穩(wěn)定以及固體表面對氣體的吸附都跟分子間作用力有關(guān)。

由于分子間作用力比較復(fù)雜并廣泛存在，現(xiàn)在許多人傾向于改用“次級鍵”來稱謂。

2.3 形成氫鍵

以共價鍵跟氟、氧、氮等電負(fù)性強(qiáng)、半徑小的原子X結(jié)合的氫原子在與另一個電負(fù)性強(qiáng)的原子Y接近時，會在X與Y之間形成以氫為媒介的形式為X-H…Y的特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用，這種特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用通常被稱為氫鍵。在典型的氫鍵中，X和Y是電負(fù)性很強(qiáng)的F、O和N原子。Cl、S、P、C甚至Br和I原子在某些情況下也能形成氫鍵，但通常鍵能較低。X和Y可以是相同元素的原子，也可以是不同元素的原子。氫鍵不同于范德華力，它具有飽和性和方向性。不僅同種分子之間可以形成氫鍵，某些不同種分子之間也可能形成氫鍵。

2013年11月22日，中科院國家納米科學(xué)中心宣布該中心科研人員在國際上首次“拍”到氫鍵的“照片”，實現(xiàn)了氫鍵的實空間成像，為“氫鍵的本質(zhì)”這一化學(xué)界爭論了80多年的問題提供了直觀證據(jù)。照片中4個8-羥基喹啉分子之間的淡色線條即為氫鍵（見圖3所示）。

氫鍵是一種比分子間作用力（范德華力）稍強(qiáng)，比共價鍵和離子鍵弱得多的相互作用。其穩(wěn)定性弱于共價鍵和離子鍵。氫鍵鍵能大多在25～ 40kJ/mol之間。一般認(rèn)為鍵能<25kJ/mol的氫鍵屬于較弱氫鍵，鍵能在25～40kJ/mol的屬于中等強(qiáng)度氫鍵，而鍵能>40kJ/mol的氫鍵則是較強(qiáng)氫鍵。

氫鍵通常是物質(zhì)在液態(tài)時形成的，但形成后有時也能繼續(xù)存在于某些晶態(tài)甚至氣態(tài)物質(zhì)之中。例如在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的HF中都有氫鍵存在。水、水合物、氨合物、無機(jī)酸和某些有機(jī)化合物都能夠形成氫鍵。

氫鍵的存在會對物質(zhì)的熔沸點、溶解度、粘度、密度等性質(zhì)產(chǎn)生影響：使分子間有氫鍵的物質(zhì)熔點、沸點升高（例如水）；使分子內(nèi)生成氫鍵的物質(zhì)熔沸點降低（例如硝酸因有分子內(nèi)氫鍵而易于揮發(fā)）；若溶質(zhì)分子能與極性溶劑分子形成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大（例如HF和NH3在水中的溶解度比較大）；甘油、磷酸、濃硫酸等多羥基化合物由于分子間可形成眾多氫鍵，它們通常為粘稠狀液體；HF、水等液體由于分子間形成氫鍵而發(fā)生締合現(xiàn)象，使液體的密度增大。水的許多反常性質(zhì)，例如凝結(jié)成冰時體積膨脹、沸點高、密度大、比熱大等，都跟氫鍵有關(guān)。

氫鍵在生命過程中有著廣泛和重要的作用。例如，在DNA中，遺傳密碼的堿基對通過氫鍵相連接，并決定著DNA的復(fù)制機(jī)理；纖維狀的蛋白質(zhì)（如蠶絲、毛發(fā)、肌肉）是由蛋白質(zhì)亞單元通過氫鍵聯(lián)接成束的……可以說，氫鍵決定著生命體系的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和生理功能，沒有氫鍵，就沒有生命和生命過程。

由于人們對分子間作用力認(rèn)識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，目前還只局限于簡單理想情況，有人主張在基礎(chǔ)教育中，不必嚴(yán)格追究分子間作用力和氫鍵的從屬關(guān)系。

3 “分子中原子相互影響”是一個重要的觀念

電子效應(yīng)是對誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)的概括，空間效應(yīng)是對空間阻礙和分子張力的概括。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對分子中原子間的相互影響和不同分子間原子的相互影響進(jìn)行概括，可以形成“分子中的原子存在著相互影響”這個觀念（簡稱為“分子中原子相互影響”觀念）。相互影響（相互作用）是這個觀念的核心概念，電子效應(yīng)、空間效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)、空間阻礙、分子張力等概念對形成這個觀念有著很重要的作用，是這個觀念的成分概念。

“分子中原子相互影響”觀念不但能夠幫助人們理解、解釋有關(guān)的現(xiàn)象，而且能夠提示人們?nèi)绾握{(diào)控物質(zhì)的性能、如何獲取人需要的性質(zhì)或者物質(zhì)。

再如，酶的活性部位與底物結(jié)合后，能使底物作用濃度相對增加，易于反應(yīng)；或使底物功能基團(tuán)作定向轉(zhuǎn)移，更有利于催化作用發(fā)生；或活性部位內(nèi)的催化基團(tuán)提供質(zhì)子/吸收質(zhì)子，呈現(xiàn)酸堿催化劑的作用；或形成一個以共價鍵相結(jié)合的活潑中間物，降低活化能；或使底物分子中某些化學(xué)鍵受到牽拉變形而易斷裂……這些因素相互配合，使酶的催化效率大為提高。某些酶的無活性前體（酶原）只有在特異位點水解后才轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢钚缘拿?。其所以沒活性是因為活性中心未形成或未暴露（一般需通過對多肽鏈的剪切修飾而使酶的活性中心形成或暴露出來）。比較著名的例子是消化酶的酶原（胃蛋白酶原，胰蛋白酶原，胰凝乳蛋白酶原）和血液凝固酶的酶原（凝血酶原，纖溶酶原）。酶原只有在特定的部位、環(huán)境和特定的條件下才能被激活。胃酸可以激活胃蛋白酶原，這樣，消化酶原可以貯存在其合成部位待細(xì)胞需要時再被激活，而不會引起細(xì)胞或組織自我消化（水解）的危險。

又如，分子通過相互間的非共價鍵作用聚集成有序的空間結(jié)構(gòu)，既可表現(xiàn)出不同于單獨存在的分子的性質(zhì)，也不同于無序排列的分子聚集體的性質(zhì)，形成所謂“超分子”。細(xì)胞膜就是由許多磷脂分子依靠分子間作用力有序聚集的典型例子，細(xì)胞膜所具有的許多生物功能都跟分子的有序聚集有關(guān)。隨著對生命體系的深入研究，人們已經(jīng)認(rèn)識到許多復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)并非可以由單一的分子來完成，而必須由許多按規(guī)律聚集在一起的分子聚集體相互協(xié)同作用才能完成。近幾十年來，對分子如何利用相互間的非共價鍵作用聚集形成有序的空間結(jié)構(gòu)，以及對具有這樣有序結(jié)構(gòu)的聚集體所表現(xiàn)出來的特殊性質(zhì)的研究十分活躍，已經(jīng)形成廣受關(guān)注的超分子化學(xué)。

“分子中原子相互影響”觀念對于現(xiàn)代化學(xué)中的反應(yīng)機(jī)理和催化機(jī)理研究、吸附和表面化學(xué)過程研究、無機(jī)合成和有機(jī)合成等領(lǐng)域，對于生命科學(xué)研究等等，都有著重要的意義。可以說，沒有“分子中原子相互影響”觀念，就沒有對分子中原子狀況的深入了解，也就沒有現(xiàn)代化學(xué)。

“分子中原子相互影響”觀念對于中學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)也具有重要意義：只有形成了“分子中原子相互影響”觀念才能真正地理解物質(zhì)的溶解、結(jié)晶、弱電解質(zhì)的電離等過程，才能理解甲苯分子中的甲基和苯環(huán)、乙醇分子中的羥基、苯酚分子中的羥基和苯環(huán)的性質(zhì)異常等現(xiàn)象，以及某些反應(yīng)機(jī)理、催化機(jī)理，正確地形成對有關(guān)微觀圖景的想象；才能理解、判斷分子的活性中心并應(yīng)用于解決問題。

“分子中原子相互影響”觀念是物質(zhì)微粒觀的重要組成部分。沒有“分子中原子相互影響”觀念，物質(zhì)微粒運動觀和物質(zhì)微粒觀就是殘缺的、不完整的。物質(zhì)微粒觀是從屬于物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀的，除了組成的微粒（基本結(jié)構(gòu)微粒）之外，化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)主要包含：組成微粒之間的相互作用和組成微粒之間的空間關(guān)系即空間效應(yīng)兩個基本因素[8]。分子中原子的相互影響主要有電子效應(yīng)和空間效應(yīng)兩大類型，一個對應(yīng)著組成微粒之間的相互作用，另一個對應(yīng)著組成微粒之間的空間關(guān)系，表明了“分子中原子相互影響”觀念有著鮮明的物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀“基因”。毫無疑問，“分子中原子相互影響”觀念的形成能夠鞏固、完善、發(fā)展學(xué)生的物質(zhì)微粒觀和物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀。

總之，“分子中原子相互影響”觀念對于化學(xué)的研究和學(xué)習(xí)都是十分重要的。輕視它的觀點以及把它簡單化的做法都不利于學(xué)生正確地認(rèn)識世界，不利于學(xué)生在化學(xué)方面的發(fā)展，因而是錯誤的、有害的。

4 為學(xué)生形成“分子中原子相互影響”觀念打基礎(chǔ)

觀念是人對于事物或者事物某些方面（問題）的概括性的、總結(jié)性的、綜合性的認(rèn)識（見解、看法），是人在對事物感性認(rèn)識基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、概括、抽象、整合和辯證等思考活動的產(chǎn)物[9]。為了促進(jìn)學(xué)生形成“分子中原子相互影響”觀念，應(yīng)該注重讓學(xué)生在獲得豐富和必要的有關(guān)感性事實基礎(chǔ)上開展必要的思維活動。為此，除了要充分應(yīng)用教科書提供的甲苯、乙醇、苯酚等分子中某些官能團(tuán)活性異常及其對反應(yīng)產(chǎn)物的定位影響等事實材料之外，還可以用閱讀材料形式補(bǔ)充、提供精選的感性事實材料，用動畫視頻展現(xiàn)有關(guān)的微觀景象或過程（需嚴(yán)防科學(xué)性錯誤?。?，讓學(xué)生嘗試初步概括并組織討論，到適當(dāng)階段（通常是復(fù)習(xí)階段）再行小結(jié)、提升、強(qiáng)化。

“分子中原子相互影響”觀念的養(yǎng)成應(yīng)該注意聯(lián)系物質(zhì)微粒運動觀、物質(zhì)微粒觀，乃至物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀，而不是孤立地進(jìn)行。

此外，還應(yīng)注意應(yīng)用“分子中原子相互影響”觀念來解決適當(dāng)?shù)膯栴}，在問題解決過程中強(qiáng)化和拓展學(xué)生的“分子中原子相互影響”觀念。

下面以筆者設(shè)計的一個教學(xué)方案為例來說明如何具體地操作，供讀者參考、討論。

[課題]分子中原子之間的影響應(yīng)用示例——羰基及其α-H的活性

[設(shè)課背景]

醛、酮、羧酸、酯是高中有機(jī)化學(xué)后期學(xué)習(xí)的主體物質(zhì)，有關(guān)的高考試題除了采用碳鏈變換、官能團(tuán)組合、轉(zhuǎn)化途徑變化、信息隱含等方式設(shè)置障礙之外，植入大學(xué)知識也是增加難度的一種方式。要應(yīng)對這種情況，只憑教科書中那一點基礎(chǔ)知識是根本不夠的，系統(tǒng)地講授大學(xué)有機(jī)化學(xué)相關(guān)部分也不現(xiàn)實。為此，需要尋找既能解決問題又能提升學(xué)生應(yīng)對能力、不至于加重學(xué)生負(fù)擔(dān)的有效辦法。

[基本思路]在高考第二輪復(fù)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生研究典型實例，在此基礎(chǔ)上形成“分子中原子相互影響”觀念。具體到本節(jié)課來說，通過發(fā)現(xiàn)和總結(jié)有關(guān)羰基轉(zhuǎn)化的規(guī)律，在應(yīng)用于解決問題過程中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和思維水平、形成解決相關(guān)有機(jī)合成問題的能力。

[教學(xué)目標(biāo)] 1.通過醛、酮、羧酸、酯分子中α-H的活性分析體會結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的密切關(guān)聯(lián)，形成“分子中原子相互影響”觀念，加深對物質(zhì)微粒運動觀的理解。2.通過相關(guān)拓展知識的學(xué)習(xí)，減少對有機(jī)化學(xué)問題的陌生感和恐懼感，提升正確解決問題的信心。3.豐富有關(guān)羰基轉(zhuǎn)化的知識，拓展有關(guān)的見識。

[重點]醛、酮、羧酸、酯分子中α-H活性概念及其在解決具體問題中的應(yīng)用。

[難點]有大量的新知識卻不能上成“新知識課”；要求較快地形成解題能力。

[基本過程]

[第一階段]概括，形成觀念

已知兩個醛分子在一定條件下可以發(fā)生如下反應(yīng)：

為什么會發(fā)生這樣的反應(yīng)？或者說，醛為什么會具有這樣的性質(zhì)？要理解醛的化學(xué)反應(yīng)，首先要了解它的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)。

我們知道，醛基中含有羰基，由于碳的電負(fù)性小于氧，羰基上的電子分布是不均勻的，氧原子上負(fù)電荷會略多一些，碳原子上負(fù)電荷會略少一些，這就使羰基容易吸引一些極性分子并跟它們發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

常見的加成試劑有氰化氫H-CN、亞硫酸氫鈉Na-SO3H、醇H-OR、水H-OH等等。

不僅如此，羰基的極性還會影響到相鄰碳原子的氫原子。通常把相鄰碳原子稱為α-碳原子，相鄰碳原子的氫原子稱為α-氫原子。由于醛分子中α-碳原子形成的C-H鍵上的電荷會向羰基偏移，使α-氫原子跟α-碳原子的結(jié)合被削弱（質(zhì)子化），α-氫原子容易脫離α-碳原子而表現(xiàn)出一定的酸性，成為活性原子，能夠直接發(fā)生許多反應(yīng)。

酮、羧酸、酯分子中也有羰基，它們也可能含有活性較大的α-氫原子。

[第二階段]嘗試應(yīng)用觀念解決問題

根據(jù)上述分析，嘗試完成下列問題并進(jìn)行交流討論：

1.寫出下列反應(yīng)的產(chǎn)物

設(shè)計意圖：此處僅為醛、酮中α-H參與的加成，由易到難，由組鏈到成環(huán)，后兩例還有一定的不確定性。

2.以乙醇為原料（無機(jī)原料任選）合成1-丁醇（CH3CH2CH2CH2OH），試寫出有關(guān)的轉(zhuǎn)化流程圖。

設(shè)計意圖：此處融入有機(jī)合成的分析方法，屬知識的提升應(yīng)用。

[第三階段]在拓展練習(xí)中深化對觀念的認(rèn)識

3.已知丙二酸二乙酯具有雙重α-氫，呈現(xiàn)明顯酸性，與鹵代烴經(jīng)下列步驟生成丙二酸類化合物：

設(shè)計意圖：此處酯中α-H參與的取代，思維的轉(zhuǎn)換對學(xué)生來講還是有點挑戰(zhàn)，有助于促進(jìn)思維的靈活性。

4.丙二酸類化合物不穩(wěn)定，受熱脫羧生成相應(yīng)的一元羧酸，如：

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