计算化学驱动SN2反应教学改革——竞争性反应路径的量化分析与教学实践

刘旭 吴承雪 李辉 吴阳

引用本文: 刘旭, 吴承雪, 李辉, 吴阳. 计算化学驱动SN2反应教学改革——竞争性反应路径的量化分析与教学实践[J]. 大学化学, 2026, 41(7): 441-448. doi: 10.12461/PKU.DXHX202504109 shu
Citation:  Xu Liu,  Chengxue Wu,  Hui Li,  Yang Wu. Computational chemistry-driven teaching reform of SN2 reactions: quantitative analysis of competitive reaction pathways and pedagogical practice[J]. University Chemistry, 2026, 41(7): 441-448. doi: 10.12461/PKU.DXHX202504109 shu

计算化学驱动SN2反应教学改革——竞争性反应路径的量化分析与教学实践

    通讯作者: 李辉,Email:lihui@lnu.edu.cn; 吴阳,Email:wuyang@lnu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(22203039,22473051)

    辽宁大学本科教学改革项目(JG2024PTXM10)

摘要: 亲核取代反应(SN2)是基础有机化学的核心教学内容,但传统教学对烯丙基SN2'反应的讨论不足,导致学生普遍存在“SN2是唯一可能路径”的认知偏差。本研究以CH3S-/CH3O- + CH2=CHCH2Br为教学模型体系。采用M06-2X方法和SMD溶剂模型进行理论计算,定量分析了SN2与SN2'反应的竞争关系。研究结果表明,在气相和水溶剂中,SN2反应路径的活化能垒显著低于SN2'反应,且水环境使二者能垒明显增加,但未改变路径选择性。进一步分析揭示,溶液中几何畸变率大幅增加导致溶液中更高的活化能垒。特别地,水溶剂环境使CH3S-的亲核性强于CH3O-,这与硫原子更小的几何畸变增幅密切相关。在教学实践中,通过展示过渡态结构演变和势能曲线特征,使学生对竞争性路径深入理解。本研究不仅为亲核取代反应教学提供了量化分析模式,更建立了“量化计算-结构分析-结果讨论”的教学方法,为计算化学融入本科教学提供了成功案例。

English

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  • 发布日期:  2025-09-22
  • 收稿日期:  2025-04-29
  • 修回日期:  2025-06-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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