Nucleophilicity vs. Basicity
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0:00 - 0:02今天我们要讲的是
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0:02 - 0:10区分开 亲核性
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0:10 - 0:14即亲核试剂的强弱
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0:14 - 0:19与碱性
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0:19 - 0:24这个差别看似很微小
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0:24 - 0:26实际上却很大
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0:26 - 0:27一会儿我就会告诉大家为什么
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0:27 - 0:29刚学的时候容易混淆
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0:29 - 0:31学SN2反应的时候
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0:31 - 0:32反应中的亲核试剂
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0:32 - 0:35有一个多余的电子
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0:35 - 0:37带一个负电荷
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0:37 - 0:43就以甲基碳为例吧
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0:43 - 0:43我画出来
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0:43 - 0:46其中一个氢指向纸面外
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0:46 - 0:49还有一个氢指向纸面内
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0:49 - 0:50还有一个在上面
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0:50 - 0:56然后这里有一个离去基团
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0:56 - 0:58在SN2反应中
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0:58 - 1:02亲核试剂把这个电子给这个碳
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1:02 - 1:04这样碳就带有部分正电荷
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1:04 - 1:05我画一下
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1:05 - 1:09离去基团的电负性更强
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1:09 - 1:12所以它带部分负电荷
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1:12 - 1:16电子传给碳
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1:16 - 1:17碳得到电子的一瞬间
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1:17 - 1:18或者说同时
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1:18 - 1:22电负性强的离去基团就可以
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1:22 - 1:27完全夺走碳上的这个电子
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1:27 - 1:32之后就变成这样啦
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1:32 - 1:33甲基碳还在这儿
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1:33 - 1:35一个氢指在后
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1:35 - 1:39一个指在前 一个在上面
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1:39 - 1:43离去基已离去
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1:43 - 1:45它不但带着原来的电子
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1:45 - 1:50还夺走了这个玫红色电子
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1:50 - 1:52所以它现在带一个负电荷
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1:52 - 2:00这个负电原本在亲核试剂上
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2:00 - 2:04现在亲核试剂连到了碳上
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2:04 - 2:06我举这个例子是为了说明
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2:06 - 2:07它的角色是亲核试剂
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2:07 - 2:08它大爱原子核
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2:08 - 2:10它贡献了多余的电子
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2:10 - 2:17同时它也是路易斯碱
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2:18 - 2:19下面我们来复习一下
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2:19 - 2:21路易斯碱 最广泛的定义
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2:21 - 2:24我觉得它已经涵盖了
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2:24 - 2:26所有可以称之为碱的东西
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2:26 - 2:32路易斯碱就是 电子供体
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2:32 - 2:34这个反应中就是这样
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2:34 - 2:37亲核试剂将一个电子供给碳原子
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2:37 - 2:39所以它的角色又是路易斯碱
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2:39 - 2:41第一次看到这个的你可能会问
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2:41 - 2:44为什么化学家们要这样折磨自己
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2:44 - 2:46定义什么亲核试剂呢？
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2:46 - 2:48干嘛不直接叫它们“碱”？
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2:48 - 2:50为什么还要用
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2:50 - 2:53亲核性和碱性两个概念？
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2:53 - 2:55它们的区别在于
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2:55 - 3:00亲核性是一个动力学概念
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3:00 - 3:02即它反应速率如何？
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3:02 - 3:04反应有多快？
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3:04 - 3:07反应需要的能量少到什么程度？
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3:07 - 3:08如果试剂的亲核性很强
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3:08 - 3:13它会反应得很顺利
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3:13 - 3:16但它不能表示
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3:16 - 3:20反应物或产物有多稳定
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3:20 - 3:23只能说明它们有多容易反应
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3:23 - 3:30而碱性 是一个热力学的概念
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3:30 - 3:36它表示反应物和产物有多稳定性
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3:36 - 3:53它说明 反应的可能性有多大
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3:53 - 3:53举个例子
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3:53 - 3:56我们见过氟的反应
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3:56 - 3:58思考一下
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3:58 - 4:00在那个反应中
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4:00 - 4:02其实 应该叫氟离子
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4:02 - 4:03氟离子是这样的
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4:03 - 4:06原子有7个价电子
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4:06 - 4:09然后它夺取了一个电子
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4:09 - 4:11变成了氟离子
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4:11 - 4:15氟离子也是一种碱
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4:15 - 4:29它的碱性甚至比碘离子还要强
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4:29 - 4:32但在质子溶剂中
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4:32 - 4:33我写这儿
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4:33 - 4:46质子溶液中 亲核性减弱
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4:46 - 4:48再次强调 质子溶液
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4:48 - 4:50有游离的质子
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4:50 - 4:52而亲核性减弱的原因是
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4:52 - 4:55是氟离子 它想更容易
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4:55 - 4:58和碳什么的成键
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4:58 - 5:00或和质子
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5:00 - 5:02它比碘离子更想要
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5:02 - 5:04和质子成键
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5:04 - 5:07一旦如此 氟离子成的键
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5:07 - 5:09能比碘离子的强
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5:09 - 5:11其实离子状态下
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5:11 - 5:14氟没有碘稳定
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5:14 - 5:17如果氯离子能得到一个质子
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5:17 - 5:18或者失去一个电子
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5:18 - 5:20它会更满足
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5:20 - 5:22但它的亲核性较弱
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5:22 - 5:25不擅长在质子溶剂中反应
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5:25 - 5:28而亲核性较弱的主要原因在于
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5:28 - 5:29有东西
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5:29 - 5:30阻止它反应
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5:30 - 5:33我们已经讲过亲核性强的条件啦
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5:33 - 5:35对于氟离子来说
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5:35 - 5:38主要原因就是离子体积小
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5:38 - 5:40它体积如此之小
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5:40 - 5:43使得电子十分紧密
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5:43 - 5:46它的电子云很密
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5:46 - 5:49这使得它能让水中的氢
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5:49 - 5:54能围绕它形成紧致的“水壳”
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5:54 - 5:56这些氢都带部分正电荷
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5:56 - 5:59它们被吸引到阴离子周围
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5:59 - 6:02它们在氟离子周围
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6:02 - 6:05形成了一个致密的外壳
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6:05 - 6:09所以它在质子溶液中
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6:09 - 6:10难以反应
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6:10 - 6:17因此 它不好反应
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6:17 - 6:19如果它能反应的话
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6:19 - 6:22它能形成比碘离子更强的键
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6:22 - 6:24它能形成比碘离子更强的键
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6:24 - 6:26这是主要区别
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6:26 - 6:28下面我们变化趋势的不同
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6:28 - 6:29碱性
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6:29 - 6:32它的强度和溶剂无关
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6:32 - 6:34碱性是分子、原子或离子的
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6:34 - 6:37热力学性质
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6:37 - 6:42如果只看碱性
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6:42 - 6:44最强的碱就是…
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6:44 - 6:46我直接写出氢氧根吧
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6:46 - 6:48它通常是
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6:48 - 6:51氢氧化钠或者氢氧化钾
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6:51 - 6:54但是如果溶解在溶剂中 比如水
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6:54 - 6:57钠离子和氢氧根就分离了
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6:57 - 6:59充当碱的其实是氢氧根
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6:59 - 7:01是它想贡献电子
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7:01 - 7:06氢氧根的碱性比氟离子强很多
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7:06 - 7:09而氟离子又比氯离子更碱
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7:09 - 7:11氯离子又比溴离子更碱
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7:11 - 7:15溴离子的碱性又强于碘离子
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7:15 - 7:20现在 你回看亲核性
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7:20 - 7:26有什么区别
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7:26 - 7:28我们发现 亲核性和溶剂息息相关
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7:28 - 7:30因为溶剂会影响
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7:30 - 7:32它们的反应速率
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7:32 - 7:33那么亲核性呢
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7:33 - 7:36质子溶剂和非质子溶剂
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7:36 - 7:40就不一样了
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7:40 - 7:41如果是质子溶剂
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7:41 - 7:45亲核性最强的
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7:45 - 7:46是碘离子
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7:46 - 7:48因为氢键
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7:48 - 7:50阻止不了什么
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7:50 - 7:51不会形成致密“水壳”
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7:51 - 7:53碘离子的电子云太大
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7:53 - 7:55有人觉得电子云还很松软
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7:55 - 7:57很容易被极化
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7:57 - 7:59它的电子云被吸向碳的一侧
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7:59 - 8:00再该干嘛干嘛
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8:00 - 8:05所以这时 碘离子的亲核性较强
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8:05 - 8:07可以说 比氢氧根强
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8:07 - 8:11氢氧根离子又强于氟离子
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8:11 - 8:13然而 在非质子溶剂中
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8:13 - 8:20突然之间 溶剂的影响
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8:20 - 8:22就不那么明显了
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8:22 - 8:24于是就反过来
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8:24 - 8:26这时 碱性就成了主导
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8:26 - 8:30所以在非质子溶剂中
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8:30 - 8:41碱性和亲核性就基本一致了
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8:41 - 8:47这里我标个星号
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8:47 - 8:50因为亲核性还有一个因素
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8:50 - 8:51我没有讲到
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8:51 - 8:52不过我马上就要讲了
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8:52 - 8:54在这种情况下
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8:54 - 9:01氢氧根比氟离子更易反应
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9:01 - 9:05而氟离子又比碘离子易反应
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9:05 - 9:05之所以
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9:05 - 9:11氢氧根两次都…
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9:11 - 9:14我的意思是 即便它也会与溶剂作用
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9:14 - 9:16但它还是很强的亲核试剂
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9:16 - 9:20因为分析氢氧根的时候
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9:20 - 9:21一定要想到
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9:21 - 9:23它有一个多余电子
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9:23 - 9:25分析它的话
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9:25 - 9:27可以想象成水没了一个H
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9:27 - 9:28我画一下
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9:28 - 9:32大家可以想象成水少了一个质子
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9:32 - 9:34或者失去了一个电子剩质子
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9:34 - 9:37所以原来 有2对孤对电子
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9:37 - 9:39然后现在变成了3对
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9:39 - 9:43这个氧有1 2 3 4 5 6
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9:43 - 9:447个价电子
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9:44 - 9:46比中性原子多1个
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9:46 - 9:47所以它带一个负电荷
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9:47 - 9:51它已经多了一个电子
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9:51 - 9:52带一个负电荷了
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9:52 - 9:55但因为氧比氢的电负性强
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9:55 - 9:56它还能稍微
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9:56 - 10:01将氢上的电子拉过来一点
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10:01 - 10:07所以它的碱性非常非常强
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10:07 - 10:09即使水之类里的质子
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10:09 - 10:11会影响一点
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10:11 - 10:15但是它的亲核性
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10:15 - 10:17仍比氟离子强
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10:17 - 10:19如果不考虑溶剂
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10:19 - 10:21氢氧根是个超强碱
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10:21 - 10:25它也是极强的亲核试剂
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10:25 - 10:28下面我们来讲亲核性的最后一点
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10:28 - 10:31记得吗？亲核性和反应难易程度有关
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10:31 - 10:34假设这里有…
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10:34 - 10:42假设是两种氢氧化物 好吧？
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10:42 - 10:48假如这是个孤立的氢氧根
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10:48 - 10:49而这边呢
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10:49 - 10:51它还有其他基团
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10:51 - 10:56它还连着一长串
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10:56 - 10:57管它连着啥呢
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10:57 - 10:59我们来看看这两个离子
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10:59 - 11:01如果想判断
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11:01 - 11:03哪个亲核性更强
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11:03 - 11:05你只需记住
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11:05 - 11:07亲核性和反应的难易有关
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11:07 - 11:09它有多容易靠近其它分子
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11:09 - 11:11并与之发生反应
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11:11 - 11:15这个周围有一堆原子
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11:15 - 11:17反应可能很难发生
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11:17 - 11:19再回来看看这个图
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11:19 - 11:22它很难接近这个原子
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11:22 - 11:23我们以前从碳的角度
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11:23 - 11:25讲过过空间位阻效应
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11:25 - 11:26但还没想过亲核试剂的
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11:26 - 11:27空间位阻呢
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11:27 - 11:29先看这个亲核试剂
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11:29 - 11:38这个额外的电子大概很难
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11:38 - 11:40接近目标原子
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11:40 - 11:41它受到了阻碍
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11:42 - 11:44但是这边呢 就很灵活了
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11:44 - 11:47虽然参与反应的这个基团
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11:47 - 11:49氧有一个负电荷
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11:49 - 11:50有一个额外的电子
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11:50 - 11:53在某种程度上这两个是一样的
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11:53 - 11:56但是这边的离子比较小
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11:56 - 11:58受到的阻碍少 更容易接近目标
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11:58 - 12:03所以这是更好的亲核试剂
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12:03 - 12:06所以我不能绝对地说
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12:06 - 12:09在非质子溶剂中
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12:09 - 12:12碱性和亲核性是完全一致的
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12:12 - 12:14因为影响亲核性的因素
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12:14 - 12:17还有空间位阻效应
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12:17 - 12:20它会不会被环境或本身的空间位阻
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12:20 - 12:21妨碍反应
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12:21 - 12:24尽管它是个很强的碱？
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12:24 - 12:26如果它能成键 那么化学键一定很强
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12:26 - 12:28本集的中心就是
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12:28 - 12:30碱性和亲核性是完全不同的概念
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12:30 - 12:32所以才会有两个不同的名称
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12:33 - 12:35亲核性是指 反应进行的难易程度
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12:35 - 12:38和新化学键的强弱无关
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12:38 - 12:41而碱性表示新键的强度
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12:41 - 12:43反应的可能性有多大
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12:43 - 12:46而和反应的难易程度无关
- Title:
- Nucleophilicity vs. Basicity
- Description:
-
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- Video Language:
- English
- Team:
Khan Academy
- Duration:
- 12:48
|
Jenny_Zhang edited Chinese, Simplified subtitles for Nucleophilicity vs. Basicity |