提问引导法在取代苯定位效应教学中的应用

代红光

（内蒙古农业大学理学院 内蒙古·呼和浩特 010018）

教学过程中，学生是主体[1]，教学以学生的健康发展为本，学生在学习知识的同时也要培养能力。学生思考是学习过程中必备环节[2]，“学而不思则罔”，是防止学生走思的有效方法，能够高效调动学生的学习，思考的过程也是记忆知识的过程，学生思考才能体现学生学习的主动性和主体地位。学生通过思考，才能将知识变为自己的，才能为自己所用，才能培养科学素养能力。有机化学教学过程中，教师可以列举实验数据和现象，设置问题提问，引导学生一步一步分析数据，学生思考归纳总结规律，演绎推广，预测结果和解决问题。这种方式可以使学生主动参与到学习中来，体验通过思考获得知识的乐趣[3]。学生在思考的过程中即掌握了知识，又能培养科学的思维素质能力。

取代苯定位规律在科研和生产中具有极其重要的作用[4]，也是学生学习的重点和难点[5]。以下就以该知识点为例，列举实验数据，提问引导学生思考，让学生总结归纳得出规律，并且演绎推广解决问题，从而学生既能掌握该知识点，又能培养科学的思考能力。

下文所说的“问”和“讲”是老师说的话，“答”是学生在老师的引导下可能的答案。

1 开始上课，提问上节课讲的苯的亲电取代反应，复习旧知识

问：苯可以发生哪几种亲电取代反应？

答：可以发生卤代反应、硝化反应、磺化反应、傅克烷基化和酰基化反应。

问：请写出苯与浓硫酸和浓硝酸发生硝化反应的方程式。

答：一样。

问：为什么？

答：因为苯上六个氢的位置是等同的，硝基取代任何一个氢原子，结果都是一样的。

2 复习完旧知识，引入新内容。通过提问和分析数据，引入定位效应和邻对位定位基

问：现在让单取代苯发生硝化反应，用G代表苯环上的取代基。同学们再看苯环上剩余了五个氢原子，如果硝基取代苯环上一个氢原子，会生成几种产物？哪几种？

答：会生成三种，邻、间、对位三种取代产物。

问：如果仅从数学几率角度考虑，生成邻、间、对位取代产物的比例各是多少？（如果学生一时不能答上来，可以给学生提示，取代苯的苯环上剩余五个氢，邻、间、对位各有几个氢，各占多大比例？）

答：生成邻位取代的占40%，间位取代的占40%，对位取代的占20%。

讲：同学们请看下表，是不同取代苯发生硝化反应时，产物的比例（见表1）。

表1：单取代苯硝化产物比例

问：将这些取代苯发生硝化反应生成邻、间、对取代产物的比例和仅考虑数学几率而得到的邻间对产物的比例，进行比较，你发现了什么？

答：这些取代苯发生硝化反应时，邻位取代产物比40%多，对位取代产物比20%多，间位取代产物远远小于仅从数学几率考虑的40%。

讲：是的，换句话说，也就是，这些取代苯发生硝化反应时主要生成邻位和对位取代的产物，间位取代的产物很少，间位取代的产物可以看成是副产物。有机反应存在副反应，所以有机化学重点注重主产物。同学们在写方程式时，仅写出主产物就行，例如，甲苯发生硝化反应仅写出邻硝基甲苯和对硝基甲苯即可。

问：上表所看的硝化反应，亲电试剂是硝基正离子，如果这些取代苯发生别的亲电取代反应，生成的邻间对产物的比例又是多少呢？例如，甲苯与氯和三氯化铁发生氯代反应，亲电试剂是氯，生成邻氯甲苯、间氯甲苯、对氯甲苯的比例各是多少呢？甲苯和浓硫酸发生磺化反应，亲电试剂是硫，生成邻甲基苯磺酸、间甲基苯磺酸、对甲基苯磺酸的比例又各是多少？同学们可以预测一下，哪种取代产物的比例具体数不好预测，可以预测哪种取代物是主要的产物，大胆说出来，预测结果是什么都行，预测完，我们再看实验结果。

答：主要生成邻位和对位取代的产物。（回答别的也没有关系，关键是同学们只要回答了，发挥想象力了，大胆预测了就行，如果有同学预测时还有根据，根据上表进行归纳，通过演绎预测主要产物就更好了。）

问：实验结果表明，甲苯氯代生成邻氯甲苯68%，对氯甲苯30%，间氯甲苯2%。甲苯在0℃时磺化，生成邻甲基苯磺酸43%，生成对甲基苯磺酸53%。同学们可以归纳总结，总结一个规律，什么规律？

答：这些取代苯发生亲电取代反应，主要生成邻位和对位取代的产物。

问：所列的上面的这些取代基，取代苯发生亲电取代反应主要生成邻位和对位取代的产物，和亲电试剂的种类没有关系，例如，甲苯无论发生硝化反应、氯代反应还是磺化反应，生成的主要产物都是邻位和对位的取代物。那么生成的主要产物和谁有关系？

答：和苯环上原有的取代基有关系。

问：取代苯的苯环上原有取代基决定着亲电试剂取代哪个位置的氢原子，和亲电试剂的种类没有关系，这种现象称为定位效应，苯环上原有的取代基叫定位基。像甲苯上的甲基就是定位基，因为甲基决定着亲电试剂主要取代甲基邻位和对位苯环氢，所以，甲基叫邻对位定位基。是不是所有的取代基都是邻对位定位基？

答：是（否）。（答“是”和“否”都没有关系。）

3 引入间位定位基

问：我们再看表2，也是单取代苯发生硝化反应，生成不同产物的比例。

表2：单取代苯硝化产物比例

这些取代苯发生硝化反应，生成的主要产物是什么？

答：间位取代的产物是主要产物。

讲：是的，表2中所列这些基团，在苯环上，也是定位基，这些定位基决定着亲电试剂主要取代间位的氢，生成间位取代的产物，这些基团叫间位定位基。这些基团不只是发生硝化反应，主要生成间位取代产物，发生磺化、卤代等反应也是主要生成间位的取代物。

4 引入活化基团和钝化基团

讲：-NHC6H5、-OH、-CH3都是邻对位定位基，我们再看这些取代苯发生亲电取代反应的速率。如果把苯发生硝化反应相对速率定为1的话，见表1，-NHC6H5、-OH、-CH3取代苯硝化反应速率都比苯快，这些邻对位定位基使得苯环发生亲电取代反应速率提高了，这些基团叫作活化基团，邻对位定位基基本都是活化基团。但是，卤素比较特殊，如表1，-I是邻对位定位基，但是碘苯硝化反应速率比苯小，-I叫作钝化基团，它是弱钝化基团。常见的邻对位定位基有：-O-，-N(CH3)2，-NH2，-OH ，-OCH3，-NHCOCH3，-OCOR ，-CH3，-R ，-X（-Cl、-Br、-I），-CH2COOH 等。邻对位定位基，除了卤素都是活化基团，卤素是邻对位定位基，但是它们是弱钝化基团。邻对位定位基需要同学们记住，它们有规律可循，同学们请看邻对位定位基，和短线相连的都是哪些原子？

答：O、N、X、C。

讲：是的，O、N、X上都有孤对电子。讲诱导效应的时候，讲过，具有给电子诱导效应的基团不多，烷基具有给电子诱导效应。并且直接与苯环相连的原子大多以单键与其他原子相连（即不含有双键）。

-NO2是间位定位基，硝基苯发生硝化反应相对速率，见表2。苯硝化反应相对速率为1，硝基苯硝化反应相对速率是6×10-8，比苯硝化反应速率慢很多，我们说硝基这个间位定位基是钝化基团。所有的间位定位基都是钝化基团，它们连在苯环上时，亲电取代反应速率比苯亲电取代反应速率都低。常见的钝化基团有：-N+(CH3)3，-NO2，-CN，-SO3H ，-CHO ，-COR ，-COOH ，-COOR ，-CONH2等。要求同学们记住这些基团，这些基团有这样的特点：与苯环相连的原子，一般带有不饱和键或带正电荷。

5 灵活运用，巩固练习

讲：同学们做一道练习题，写出下列反应主要产物，并且判断该反应速率比苯的氯代反应快还是慢？

提出问题引导学生思考回答问题，提问后须留出足够的时间让学生思考。学生回答问题结果如何，都应找到积极点予以肯定（肯定的方面可以包括：善于总结、善于归纳、善于演绎推广、发散思维、回答问题声音响亮、回答问题积极等等），这样可以使得学生更乐于思考，学生思考了，就开始了主动学习。学生在思考中，自己总结出规律，也会获得成就感，成就感的获得可使学生更加积极主动学习。