Nucleophilicity vs. Basicity
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0:00 - 0:02今天我們要講的是
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0:02 - 0:10區分開 親核性
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0:10 - 0:14即親核試劑的強弱
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0:14 - 0:19與堿性
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0:19 - 0:24這個差別看似很微小
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0:24 - 0:26實際上卻很大
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0:26 - 0:27一會兒我就會告訴大家爲什麽
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0:27 - 0:29剛學的時候容易混淆
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0:29 - 0:31學SN2反應的時候
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0:31 - 0:32反應中的親核試劑
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0:32 - 0:35有一個多余的電子
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0:35 - 0:37帶一個負電荷
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0:37 - 0:43就以甲基碳爲例吧
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0:43 - 0:43我畫出來
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0:43 - 0:46其中一個氫指向紙面外
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0:46 - 0:49還有一個氫指向紙面內
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0:49 - 0:50還有一個在上面
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0:50 - 0:56然後這裡有一個離去基團
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0:56 - 0:58在SN2反應中
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0:58 - 1:02親核試劑把這個電子給這個碳
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1:02 - 1:04這樣碳就帶有部分正電荷
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1:04 - 1:05我畫一下
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1:05 - 1:09離去基團的電負度更強
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1:09 - 1:12所以它帶部分負電荷
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1:12 - 1:16電子傳給碳
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1:16 - 1:17碳得到電子的一瞬間
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1:17 - 1:18或者說同時
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1:18 - 1:22電負度強的離去基團就可以
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1:22 - 1:27完全奪走碳上的這個電子
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1:27 - 1:32之後就變成這樣啦
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1:32 - 1:33甲基碳還在這兒
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1:33 - 1:35一個氫指在後
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1:35 - 1:39一個指在前 一個在上面
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1:39 - 1:43離去基已離去
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1:43 - 1:45它不但帶著原來的電子
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1:45 - 1:50還奪走了這個玫紅色電子
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1:50 - 1:52所以它現在帶一個負電荷
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1:52 - 2:00這個負電原本在親核試劑上
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2:00 - 2:04現在親核試劑連到了碳上
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2:04 - 2:06我舉這個例子是爲了說明
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2:06 - 2:07它的角色是親核試劑
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2:07 - 2:08它大愛原子核
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2:08 - 2:10它貢獻了多余的電子
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2:10 - 2:17同時它也是路易斯堿
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2:18 - 2:19下面我們來複習一下
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2:19 - 2:21路易斯堿 最廣泛的定義
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2:21 - 2:24我覺得它已經涵蓋了
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2:24 - 2:26所有可以稱之爲堿的東西
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2:26 - 2:32路易斯堿就是 電子供體
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2:32 - 2:34這個反應中就是這樣
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2:34 - 2:37親核試劑將一個電子供給碳原子
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2:37 - 2:39所以它的角色又是路易斯堿
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2:39 - 2:41第一次看到這個的你可能會問
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2:41 - 2:44爲什麽化學家們要這樣折磨自己
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2:44 - 2:46定義什麽親核試劑呢？
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2:46 - 2:48幹嘛不直接叫它們“堿”？
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2:48 - 2:50爲什麽還要用
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2:50 - 2:53親核性和堿性兩個概念？
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2:53 - 2:55它們的區別在於
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2:55 - 3:00親核性是一個動力學概念
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3:00 - 3:02即它反應速率如何？
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3:02 - 3:04反應有多快？
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3:04 - 3:07反應需要的能量少到什麽程度？
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3:07 - 3:08如果試劑的親核性很強
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3:08 - 3:13它會反應得很順利
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3:13 - 3:16但它不能表示
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3:16 - 3:20反應物或產物有多穩定
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3:20 - 3:23只能說明它們有多容易反應
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3:23 - 3:30而堿性 是一個熱力學的概念
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3:30 - 3:36它表示反應物和產物有多水力安定性
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3:36 - 3:53它說明 反應的可能性有多大
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3:53 - 3:53舉個例子
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3:53 - 3:56我們見過氟的反應
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3:56 - 3:58思考一下
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3:58 - 4:00在那個反應中
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4:00 - 4:02其實 應該叫氟離子
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4:02 - 4:03氟離子是這樣的
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4:03 - 4:06原子有7個價電子
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4:06 - 4:09然後它奪取了一個電子
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4:09 - 4:11變成了氟離子
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4:11 - 4:15氟離子也是一種堿
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4:15 - 4:29它的堿性甚至比碘離子還要強
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4:29 - 4:32但在質子溶劑中
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4:32 - 4:33我寫這兒
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4:33 - 4:46質子溶液中 親核性減弱
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4:46 - 4:48再次強調 質子溶液
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4:48 - 4:50有遊離的質子
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4:50 - 4:52而親核性減弱的原因是
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4:52 - 4:55是氟離子 它想更容易
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4:55 - 4:58和碳什麽的成鍵
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4:58 - 5:00或和質子
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5:00 - 5:02它比碘離子更想要
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5:02 - 5:04和質子成鍵
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5:04 - 5:07一旦如此 氟離子成的鍵
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5:07 - 5:09能比碘離子的強
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5:09 - 5:11其實離子狀態下
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5:11 - 5:14氟沒有碘穩定
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5:14 - 5:17如果氯離子能得到一個質子
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5:17 - 5:18或者失去一個電子
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5:18 - 5:20它會更滿足
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5:20 - 5:22但它的親核性較弱
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5:22 - 5:25不擅長在質子溶劑中反應
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5:25 - 5:28而親核性較弱的主要原因在於
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5:28 - 5:29有東西
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5:29 - 5:30阻止它反應
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5:30 - 5:33我們已經講過親核性強的條件啦
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5:33 - 5:35對於氟離子來說
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5:35 - 5:38主要原因就是離子體積小
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5:38 - 5:40它體積如此之小
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5:40 - 5:43使得電子十分緊密
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5:43 - 5:46它的電子雲很密
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5:46 - 5:49這使得它能讓水中的氫
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5:49 - 5:54能圍繞它形成緊致的“水殼”
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5:54 - 5:56這些氫都帶部分正電荷
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5:56 - 5:59它們被吸引到陰離子周圍
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5:59 - 6:02它們在氟離子周圍
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6:02 - 6:05形成了一個致密的封閉
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6:05 - 6:09所以它在質子溶液中
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6:09 - 6:10難以反應
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6:10 - 6:17因此 它不好反應
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6:17 - 6:19如果它能反應的話
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6:19 - 6:22它能形成比碘離子更強的鍵
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6:22 - 6:24它能形成比碘離子更強的鍵
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6:24 - 6:26這是主要區別
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6:26 - 6:28下面我們變化趨勢的不同
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6:28 - 6:29堿性
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6:29 - 6:32它的強度和溶劑無關
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6:32 - 6:34堿性是分子、原子或離子的
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6:34 - 6:37熱力學性質
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6:37 - 6:42如果只看堿性
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6:42 - 6:44最強的堿就是…
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6:44 - 6:46我直接寫出氫氧根吧
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6:46 - 6:48它通常是
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6:48 - 6:51氫氧化鈉或者氫氧化鉀
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6:51 - 6:54但是如果溶解在溶劑中 比如水
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6:54 - 6:57鈉離子和氫氧根就隔離了
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6:57 - 6:59充當堿的其實是氫氧根
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6:59 - 7:01是它想貢獻電子
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7:01 - 7:06氫氧根的堿性比氟離子強很多
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7:06 - 7:09而氟離子又比氯離子更堿
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7:09 - 7:11氯離子又比溴離子更堿
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7:11 - 7:15溴離子的堿性又強於碘離子
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7:15 - 7:20現在 你回看親核性
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7:20 - 7:26有什麽區別
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7:26 - 7:28我們發現 親核性和溶劑息息相關
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7:28 - 7:30因爲溶劑會影響
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7:30 - 7:32它們的反應速率
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7:32 - 7:33那麽親核性呢
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7:33 - 7:36質子溶劑和非質子溶劑
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7:36 - 7:40就不一樣了
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7:40 - 7:41如果是質子溶劑
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7:41 - 7:45親核性最強的
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7:45 - 7:46是碘離子
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7:46 - 7:48因爲氫鍵
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7:48 - 7:50阻止不了什麽
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7:50 - 7:51不會形成致密“水殼”
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7:51 - 7:53碘離子的電子雲太大
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7:53 - 7:55有人覺得電子雲還很松軟
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7:55 - 7:57很容易被極化
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7:57 - 7:59它的電子雲被吸向碳的一側
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7:59 - 8:00再該幹嘛幹嘛
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8:00 - 8:05所以這時 碘離子的親核性較強
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8:05 - 8:07可以說 比氫氧根強
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8:07 - 8:11氫氧根離子又強於氟離子
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8:11 - 8:13然而 在非質子溶劑中
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8:13 - 8:20突然之間 溶劑的影響
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8:20 - 8:22就不那麽明顯了
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8:22 - 8:24於是就反過來
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8:24 - 8:26這時 堿性就成了主導
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8:26 - 8:30所以在非質子溶劑中
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8:30 - 8:41堿性和親核性就基本一致了
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8:41 - 8:47這裡我標個星號
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8:47 - 8:50因爲親核性還有一個因素
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8:50 - 8:51我沒有講到
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8:51 - 8:52不過我馬上就要講了
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8:52 - 8:54在這種情況下
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8:54 - 9:01氫氧根比氟離子更易反應
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9:01 - 9:05而氟離子又比碘離子易反應
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9:05 - 9:05之所以
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9:05 - 9:11氫氧根兩次都…
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9:11 - 9:14我的意思是 即便它也會與溶劑作用
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9:14 - 9:16但它還是很強的親核試劑
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9:16 - 9:20因爲分析氫氧根的時候
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9:20 - 9:21一定要想到
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9:21 - 9:23它有一個多余電子
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9:23 - 9:25分析它的話
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9:25 - 9:27可以想象成水沒了一個H
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9:27 - 9:28我畫一下
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9:28 - 9:32大家可以想象成水少了一個質子
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9:32 - 9:34或者失去了一個電子剩質子
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9:34 - 9:37所以原來 有2對孤對電子
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9:37 - 9:39然後現在變成了3對
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9:39 - 9:43這個氧有1 2 3 4 5 6
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9:43 - 9:447個價電子
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9:44 - 9:46比中性原子多1個
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9:46 - 9:47所以它帶一個負電荷
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9:47 - 9:51它已經多了一個電子
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9:51 - 9:52帶一個負電荷了
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9:52 - 9:55但因爲氧比氫的電負度強
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9:55 - 9:56它還能稍微
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9:56 - 10:01將氫上的電子拉過來一點
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10:01 - 10:07所以它的堿性非常非常強
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10:07 - 10:09即使水之類裏的質子
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10:09 - 10:11會影響一點
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10:11 - 10:15但是它的親核性
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10:15 - 10:17仍比氟離子強
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10:17 - 10:19如果不考慮溶劑
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10:19 - 10:21氫氧根是個超強堿
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10:21 - 10:25它也是極強的親核試劑
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10:25 - 10:28下面我們來講親核性的最後一點
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10:28 - 10:31記得嗎？親核性和反應難易程度有關
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10:31 - 10:34假設這裡有…
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10:34 - 10:42假設是兩種氫氧化物 好吧？
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10:42 - 10:48假如這是個孤立的氫氧根
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10:48 - 10:49而這邊呢
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10:49 - 10:51它還有其他基團
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10:51 - 10:56它還連著一長串
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10:56 - 10:57管它連著啥呢
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10:57 - 10:59我們來看看這兩個離子
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10:59 - 11:01如果想判斷
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11:01 - 11:03哪個親核性更強
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11:03 - 11:05你只需記住
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11:05 - 11:07親核性和反應的難易有關
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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並與之發生反應
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11:11 - 11:15這個周圍有一堆原子
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11:15 - 11:17反應可能很難發生
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11:17 - 11:19再回來看看這個圖
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11:19 - 11:22它很難接近這個原子
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11:22 - 11:23我們以前從碳的角度
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11:23 - 11:25講過過空間位阻效應
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11:25 - 11:26但還沒想過親核試劑的
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11:26 - 11:27空間位阻呢
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11:27 - 11:29先看這個親核試劑
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11:29 - 11:38這個額外的電子大概很難
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11:38 - 11:40接近目標原子
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11:40 - 11:41它受到了障礙
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11:42 - 11:44但是這邊呢 就很靈活了
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11:44 - 11:47雖然參與反應的這個基團
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11:47 - 11:49氧有一個負電荷
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11:49 - 11:50有一個額外的電子
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11:50 - 11:53在某種程度上這兩個是一樣的
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11:53 - 11:56但是這邊的離子比較小
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11:56 - 11:58受到的障礙少 更容易接近目標
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11:58 - 12:03所以這是更好的親核試劑
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12:03 - 12:06所以我不能絕對地說
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12:06 - 12:09在非質子溶劑中
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12:09 - 12:12堿性和親核性是完全一致的
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12:12 - 12:14因爲影響親核性的因素
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12:14 - 12:17還有空間位阻效應
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12:17 - 12:20它會不會被環境或本身的空間位阻
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12:20 - 12:21妨礙反應
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12:21 - 12:24盡管它是個很強的堿？
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12:24 - 12:26如果它能成鍵 那麽化學鍵一定很強
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12:26 - 12:28本集的中心就是
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12:28 - 12:30堿性和親核性是完全不同的概念
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12:30 - 12:32所以才會有兩個不同的名稱
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12:33 - 12:35親核性是指 反應進行的難易程度
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12:35 - 12:38和新化學鍵的強弱無關
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12:38 - 12:41而堿性表示新鍵的強度
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12:41 - 12:43反應的可能性有多大
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12:43 - 12:46而和反應的難易程度無關
- Title:
- Nucleophilicity vs. Basicity
- Description:
-
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- Video Language:
- English
- Team:
Khan Academy
- Duration:
- 12:48
|
Fran Ontanaya edited Chinese (Traditional, Taiwan) subtitles for Nucleophilicity vs. Basicity |