大学化学 >> 2026, Vol. 41 >> Issue (7): 441-448.doi: 10.12461/PKU.DXHX202504109
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刘旭, 吴承雪, 李辉, 吴阳
Xu Liu, Chengxue Wu, Hui Li, Yang Wu
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。