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共价键理论和其在有机化学教学中应用 　　[摘 要] 通过对共价键理论的发展分析，阐述了共价键的电子行为是理解有机化学结构和性质的基点、电子效应是基团共价键电子行为的整体表现等内容。在有机化学课程教学中，正确理解和灵活应用共价键理论，于“教”有助于教师把握课程内容的重难点、获得教学新思路，于“学”也有助于学生把握知识脉络、培养自学能力和研究精神。 [关键词] 有机化学；共价键；电子行为；教学 [中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）05-0068-05 有机化学是各化学化工专业重要的专业基础课，其特点是具有庞大丰富的知识体系，不但基本反应类型下的化学反应众多，而且特定条件下的反应（如人名反应、重排反应等）也复杂多样。同时，新反应、新技术和新方法在不断涌现，理论性强，反应机理抽象，学习起来有一定的困难。当前的有机化学教学通常停留在目前能解释很多问题的电子效应、官能团化学性质的极性分析或化学键相关理论等的某一个方面上。也即在实际的有机知识教学中往往会根据“题目”需要而侧重某一概念原理的应用，且往往是哪个好用用哪个，甚至有时会忽视了各概念原理的知识背景和使用条件从而造成对某一问题的不同解释，结果使学习者产生困惑，特别是随着对有机内容的深入理解和应用，学习者常会碰到这样的情形。由此看来，目前的有机化学教学中以解题等为目的的一些做法说明学习者对有机化学知识还没能实现完全意义上有基础、有脉络的系统化构建。随着有机化学日益发展和社会对功能各异的有机产品的需求日渐增多，有机化学在现代化学中的地位日渐突出，应用领域不断拓宽[1]。因此，在有机化学的教学中，需要根据有机化学发展的内在逻辑来理清基础、区分知识主干和分支，并在此基础上凝练成因人而异的学习方法。 从对有机化学发展的内在结构逻辑及其化学键的量子观来看，有机物中的电子行为是理解有机化学的本质，对有机化学知识体系的建构能起到核心作用，这并不仅仅局限于常说的电子效应。1897年汤姆逊发现电子后，随着电子云式原子结构模型、元素的化学性质及其核外电子的排布等有关内容的相继提出[2]，化学键的电子行为本质也逐渐被揭示。在这里，电子行为是指电子本身实物粒子的波粒二象性和与其相关的作用物（核和电子）相互作用而成的具有规则的能量轨道。电子行为在有机上的应用创始人为罗宾逊，从有机物中的电子行为出发能本质地解释有机化合物的结构和性质，从而能系统深入地把握有机化学知识体系。 1 有机化学中的共价键理论 有机分子是原子与原子之间通过化学键键合而成的，常见有机分子中的化学键主要是原子间共用若干电子对形成的共价键。如同广义的酸碱理论从电子角度描述概念本质（能接受电子对的物质是酸，能给出电子对的物质是碱）一样，从电子的角度可以把握共价键的本质及其在不同分子环境中所表现的性质。原子是原子核和核外价电子构成的，元素价电子的行为基本决定了该元素的化学性质，表现为分子中原子的成键电子在不同分子间或在同一分子的不同部位有规律的转移引起了化学反应。从1916年路易斯提出共价键开始，为了能够深入地认识化学键和解释由其决定的分子结构而引起的性质问题，科学家们围绕成键电子的电子行为采用了不同的处理方法，进而提出了共价键理论，包括价键理论（以及现代定域的杂化轨道理论和离域的共振论）、分子轨道理论和前线轨道理论等[3-5]，这些理论的研究对象均是成键的电子，不同的是处理电子行为所采用的方法和解决问题的角度有所差异（如表1）。因此，为了系统把握有机物的结构和性质，对共价键理论所涉及的电子行为的理解是其基础。 对共价键相关理论的发展分析有助于全面认识共价键及其电子行为的共性。 对氢气分子化学键的量子认识是现代价键理论的生长点，价键理论认为成键电子对在核间出现的几率最大处运动而构成轨道，此属于电子定域说。而一定数量的轨道在空间上具有趋向性，因此，一个原子与周围原子通过共用电子对形成共价键有一定的角度，这意味着原子或原子团通过共价键键合而成的分子具有立体结构。 在此基础上，1931年鲍林（Pauling）为了认识甲烷分子结构和理解其成键过程，提出了杂化轨道理论。杂化过程是若干类型不同而能量相近的原子轨道混合后再重新组合成相同数量新轨道的过程，随着杂化过程的进行，电子也重新规律性地在轨道上进行排布。该理论在分析成键过程中引入了动态分析方法，指出了成键的过程，不过这种动态分析属于状态分析而没能进行连续化描述。该理论使鲍林获得了1954年诺贝尔化学奖。另外，对于多原子的共轭体系，鲍林对价键理论作了补充，于1933年发展成了共振论。鲍林用该理论表达实际分子结构时可能需要用到两个以上的经典结构来构成，即共振杂化体。可以看出，共振论以分子整体来分析电子的成