李其華

【摘 要】結(jié)合基礎化學課程中的原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)知識，參考無機化學課程中元素化學的相關(guān)知識點，針對醫(yī)學生關(guān)于有機化學課程中常用的幾種Lewis酸為什么是缺電子分子的疑惑進行了討論和說明。

【關(guān)鍵詞】Lewis酸；AlCl3；FeCl3

有機酸堿的概念對于理解有機化學反應很重要，Lewis酸在有機反應中常作為催化劑。作為化學課程學時數(shù)偏少的醫(yī)學生，普遍的對常見Lewis酸[1]（如BF3、AlX3、FeX3、SO3等）為什么是缺電子分子感到疑惑，現(xiàn)從原子、分子結(jié)構(gòu)的角度分別對它們進行討論和說明。

1 BF3

三氟化硼，無色有刺激性的氣體，是已知的最強Lewis酸之一，能迅速地和水、醚類、醇類、胺類等結(jié)合形成加合物。由于BF3作為路易斯酸的能力很強，而且它與三氯化硼和三溴化硼相比，較不容易水解，所以BF3廣泛地用來促進各種有機反應[2]。

B的基態(tài)價電子組態(tài)為2s22p1，根據(jù)雜化軌道理論[3]BF3分子形成時，B采用sp2雜化軌道與三個F形成3個σ鍵，為平面三角形的空間結(jié)構(gòu)，中心原子B還有一個空的價電子軌道，有接受孤對電子的能力，所以BF3是缺電子化合物，表現(xiàn)出Lewis酸的性質(zhì)：能與Lewis堿生成加合物，如 BF3+NH3→H3NBF3；BF3+HF→H[BF4]。需要說明的是，與BF3不同，其它三鹵化硼一般不與相應的氫鹵酸加合形成BX4-，這是因為中心硼原子半徑小，隨著鹵素原子半徑的增大，在硼原子周圍容納4個較大的鹵素原子更加困難。另外，BX3雖然是缺電子化合物，但它們不能形成二聚分子，這一點與鹵化鋁不同[4]。

2 AlX3（X=F、Cl、Br、I）

除AlF3是離子型化合物外，其它AlX3（X=Cl、Br、I）均為共價型化合物[2]，以AlCl3為例，蒸氣密度的測量表明，氣態(tài)中2個AlCl3聚合為雙聚分子Al2Cl6，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在雙聚分子中，每個鋁原子以sp3雜化軌道與4個氯原子成鍵，2個鋁原子與兩端的4個氯原子共處于同一平面，中間2個氯原子位于該平面兩側(cè)，形成橋式結(jié)構(gòu)并與上述平面垂直。

這是由AlCl3的缺電子性所決定的，因為鋁原子有空軌道，鹵素原子有孤電子對，可在兩個分子間發(fā)生電子對配位關(guān)系而形成橋狀的配位化合物。這種雙聚分子遇到電子對給予體分子時會離解成單分子，然后單分子再同這個電子對給予體形成配位化合物（類似于BF3），如AlCl4-或者加合物H3NAlCl3等，因而無水三氯化鋁也是某些有機化學反應中常用的催化劑。

3 FeX3（X=F、Cl、Br）

FeX3（X=F、Cl、Br）可以由鐵單質(zhì)直接鹵化得到。Fe（Ⅲ）價電子組態(tài)為3d54s04p0，和Al（Ⅲ）的鹵化物類似，以FeCl3應用最為廣泛。無水FeCl3的熔點和沸點都比較低，易溶于有機溶劑中，這些事實說明它是以共價鍵為主的化合物，蒸氣中存在雙聚分子Fe2Cl6，也是通過三中心四電子的氯橋鍵構(gòu)建的橋狀結(jié)構(gòu)，和Al2Cl6一致。在足夠高的溫度下或者遇到電子對給予體時會發(fā)生解離作用，二聚體解離為類似鹵化硼的平面三角形單體。由于次外層3d價電子軌道也可以參與共價鍵，F(xiàn)e（Ⅲ）大多形成八面體配合物，少數(shù)如FeCl4-為四面體空間構(gòu)型，說明FeCl3中心原子Fe（Ⅲ）采用sp3雜化，可利用1個雜化空軌道接受Cl-的孤電子對。故FeX3是典型的Lewis酸。

4 SO3

氣態(tài)SO3為平面三角形分子，中心硫原子采用sp2雜化，形成三個S-Oσ鍵和一個大π鍵[5]。由于S、O電負性的不同（S 2.58，O 3.44），S-O鍵的極性表現(xiàn)為中心原子S帶部分正電荷，具有親電性，即SO3為缺電子分子。最典型的例子就是芳香烴的磺化反應[1]。

總之，要理解一個化合物之所以是Lewis酸，可以從中心原子的價電子組態(tài)、成鍵時價電子軌道的雜化狀態(tài)以及中心原子與成鍵原子的電負性差異等方面綜合考慮，當然，了解多原子分子空間結(jié)構(gòu)也有助于判斷其是否為Lewis酸。

【參考文獻】

[1]陸陽，劉俊義.有機化學[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2013（8）.

[2]北京師范大學，華中師范大學，南京師范大學無機化學教研室.無機化學（下冊）[M].北京：高等教育出版社，1986（2）.

[3]魏祖期，劉德育.基礎化學[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2013（8）.

[4]大連理工大學無機化學教研室.無機化學[M].北京：高等教育出版社，2006（5）.

[5]張?zhí)焖{，姜鳳超.無機化學[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2015（7）.

[責任編輯：朱麗娜]