提問引導法在取代苯定位效應教學中的應用

代紅光

（內蒙古農業大學理學院 內蒙古·呼和浩特 010018）

教學過程中，學生是主體[1]，教學以學生的健康發展為本，學生在學習知識的同時也要培養能力。學生思考是學習過程中必備環節[2]，“學而不思則罔”，是防止學生走思的有效方法，能夠高效調動學生的學習，思考的過程也是記憶知識的過程，學生思考才能體現學生學習的主動性和主體地位。學生通過思考，才能將知識變為自己的，才能為自己所用，才能培養科學素養能力。有機化學教學過程中，教師可以列舉實驗數據和現象，設置問題提問，引導學生一步一步分析數據，學生思考歸納總結規律，演繹推廣，預測結果和解決問題。這種方式可以使學生主動參與到學習中來，體驗通過思考獲得知識的樂趣[3]。學生在思考的過程中即掌握了知識，又能培養科學的思維素質能力。

取代苯定位規律在科研和生產中具有極其重要的作用[4]，也是學生學習的重點和難點[5]。以下就以該知識點為例，列舉實驗數據，提問引導學生思考，讓學生總結歸納得出規律，并且演繹推廣解決問題，從而學生既能掌握該知識點，又能培養科學的思考能力。

下文所說的“問”和“講”是老師說的話，“答”是學生在老師的引導下可能的答案。

1 開始上課，提問上節課講的苯的親電取代反應，復習舊知識

問：苯可以發生哪幾種親電取代反應？

答：可以發生鹵代反應、硝化反應、磺化反應、傅克烷基化和?；磻?/p>

問：請寫出苯與濃硫酸和濃硝酸發生硝化反應的方程式。

答：一樣。

問：為什么？

答：因為苯上六個氫的位置是等同的，硝基取代任何一個氫原子，結果都是一樣的。

2 復習完舊知識，引入新內容。通過提問和分析數據，引入定位效應和鄰對位定位基

問：現在讓單取代苯發生硝化反應，用G代表苯環上的取代基。同學們再看苯環上剩余了五個氫原子，如果硝基取代苯環上一個氫原子，會生成幾種產物？哪幾種？

答：會生成三種，鄰、間、對位三種取代產物。

問：如果僅從數學幾率角度考慮，生成鄰、間、對位取代產物的比例各是多少？（如果學生一時不能答上來，可以給學生提示，取代苯的苯環上剩余五個氫，鄰、間、對位各有幾個氫，各占多大比例？）

答：生成鄰位取代的占40%，間位取代的占40%，對位取代的占20%。

講：同學們請看下表，是不同取代苯發生硝化反應時，產物的比例（見表1）。

表1：單取代苯硝化產物比例

問：將這些取代苯發生硝化反應生成鄰、間、對取代產物的比例和僅考慮數學幾率而得到的鄰間對產物的比例，進行比較，你發現了什么？

答：這些取代苯發生硝化反應時，鄰位取代產物比40%多，對位取代產物比20%多，間位取代產物遠遠小于僅從數學幾率考慮的40%。

講：是的，換句話說，也就是，這些取代苯發生硝化反應時主要生成鄰位和對位取代的產物，間位取代的產物很少，間位取代的產物可以看成是副產物。有機反應存在副反應，所以有機化學重點注重主產物。同學們在寫方程式時，僅寫出主產物就行，例如，甲苯發生硝化反應僅寫出鄰硝基甲苯和對硝基甲苯即可。

問：上表所看的硝化反應，親電試劑是硝基正離子，如果這些取代苯發生別的親電取代反應，生成的鄰間對產物的比例又是多少呢？例如，甲苯與氯和三氯化鐵發生氯代反應，親電試劑是氯，生成鄰氯甲苯、間氯甲苯、對氯甲苯的比例各是多少呢？甲苯和濃硫酸發生磺化反應，親電試劑是硫，生成鄰甲基苯磺酸、間甲基苯磺酸、對甲基苯磺酸的比例又各是多少？同學們可以預測一下，哪種取代產物的比例具體數不好預測，可以預測哪種取代物是主要的產物，大膽說出來，預測結果是什么都行，預測完，我們再看實驗結果。

答：主要生成鄰位和對位取代的產物。（回答別的也沒有關系，關鍵是同學們只要回答了，發揮想象力了，大膽預測了就行，如果有同學預測時還有根據，根據上表進行歸納，通過演繹預測主要產物就更好了。）

問：實驗結果表明，甲苯氯代生成鄰氯甲苯68%，對氯甲苯30%，間氯甲苯2%。甲苯在0℃時磺化，生成鄰甲基苯磺酸43%，生成對甲基苯磺酸53%。同學們可以歸納總結，總結一個規律，什么規律？

答：這些取代苯發生親電取代反應，主要生成鄰位和對位取代的產物。

問：所列的上面的這些取代基，取代苯發生親電取代反應主要生成鄰位和對位取代的產物，和親電試劑的種類沒有關系，例如，甲苯無論發生硝化反應、氯代反應還是磺化反應，生成的主要產物都是鄰位和對位的取代物。那么生成的主要產物和誰有關系？

答：和苯環上原有的取代基有關系。

問：取代苯的苯環上原有取代基決定著親電試劑取代哪個位置的氫原子，和親電試劑的種類沒有關系，這種現象稱為定位效應，苯環上原有的取代基叫定位基。像甲苯上的甲基就是定位基，因為甲基決定著親電試劑主要取代甲基鄰位和對位苯環氫，所以，甲基叫鄰對位定位基。是不是所有的取代基都是鄰對位定位基？

答：是（否）。（答“是”和“否”都沒有關系。）

3 引入間位定位基

問：我們再看表2，也是單取代苯發生硝化反應，生成不同產物的比例。

表2：單取代苯硝化產物比例

這些取代苯發生硝化反應，生成的主要產物是什么？

答：間位取代的產物是主要產物。

講：是的，表2中所列這些基團，在苯環上，也是定位基，這些定位基決定著親電試劑主要取代間位的氫，生成間位取代的產物，這些基團叫間位定位基。這些基團不只是發生硝化反應，主要生成間位取代產物，發生磺化、鹵代等反應也是主要生成間位的取代物。

4 引入活化基團和鈍化基團

講：-NHC6H5、-OH、-CH3都是鄰對位定位基，我們再看這些取代苯發生親電取代反應的速率。如果把苯發生硝化反應相對速率定為1的話，見表1，-NHC6H5、-OH、-CH3取代苯硝化反應速率都比苯快，這些鄰對位定位基使得苯環發生親電取代反應速率提高了，這些基團叫作活化基團，鄰對位定位基基本都是活化基團。但是，鹵素比較特殊，如表1，-I是鄰對位定位基，但是碘苯硝化反應速率比苯小，-I叫作鈍化基團，它是弱鈍化基團。常見的鄰對位定位基有：-O-，-N(CH3)2，-NH2，-OH ，-OCH3，-NHCOCH3，-OCOR ，-CH3，-R ，-X（-Cl、-Br、-I），-CH2COOH 等。鄰對位定位基，除了鹵素都是活化基團，鹵素是鄰對位定位基，但是它們是弱鈍化基團。鄰對位定位基需要同學們記住，它們有規律可循，同學們請看鄰對位定位基，和短線相連的都是哪些原子？

答：O、N、X、C。

講：是的，O、N、X上都有孤對電子。講誘導效應的時候，講過，具有給電子誘導效應的基團不多，烷基具有給電子誘導效應。并且直接與苯環相連的原子大多以單鍵與其他原子相連（即不含有雙鍵）。

-NO2是間位定位基，硝基苯發生硝化反應相對速率，見表2。苯硝化反應相對速率為1，硝基苯硝化反應相對速率是6×10-8，比苯硝化反應速率慢很多，我們說硝基這個間位定位基是鈍化基團。所有的間位定位基都是鈍化基團，它們連在苯環上時，親電取代反應速率比苯親電取代反應速率都低。常見的鈍化基團有：-N+(CH3)3，-NO2，-CN，-SO3H ，-CHO ，-COR ，-COOH ，-COOR ，-CONH2等。要求同學們記住這些基團，這些基團有這樣的特點：與苯環相連的原子，一般帶有不飽和鍵或帶正電荷。

5 靈活運用，鞏固練習

講：同學們做一道練習題，寫出下列反應主要產物，并且判斷該反應速率比苯的氯代反應快還是慢？

提出問題引導學生思考回答問題，提問后須留出足夠的時間讓學生思考。學生回答問題結果如何，都應找到積極點予以肯定（肯定的方面可以包括：善于總結、善于歸納、善于演繹推廣、發散思維、回答問題聲音響亮、回答問題積極等等），這樣可以使得學生更樂于思考，學生思考了，就開始了主動學習。學生在思考中，自己總結出規律，也會獲得成就感，成就感的獲得可使學生更加積極主動學習。