李其华
【摘 要】结合基础化学课程中的原子结构、分子结构知识，参考无机化学课程中元素化学的相关知识点，针对医学生关于有机化学课程中常用的几种Lewis酸为什么是缺电子分子的疑惑进行了讨论和说明。
【关键词】Lewis酸；AlCl3；FeCl3
有机酸碱的概念对于理解有机化学反应很重要，Lewis酸在有机反应中常作为催化剂。作为化学课程学时数偏少的医学生，普遍的对常见Lewis酸[1]（如BF3、AlX3、FeX3、SO3等）为什么是缺电子分子感到疑惑，现从原子、分子结构的角度分别对它们进行讨论和说明。
1 BF3
三氟化硼，无色有刺激性的气体，是已知的最强Lewis酸之一，能迅速地和水、醚类、醇类、胺类等结合形成加合物。由于BF3作为路易斯酸的能力很强，而且它与三氯化硼和三溴化硼相比，较不容易水解，所以BF3广泛地用来促进各种有机反应[2]。
B的基态价电子组态为2s22p1，根据杂化轨道理论[3]BF3分子形成时，B采用sp2杂化轨道与三个F形成3个σ键，为平面三角形的空间结构，中心原子B还有一个空的价电子轨道，有接受孤对电子的能力，所以BF3是缺电子化合物，表现出Lewis酸的性质：能与Lewis碱生成加合物，如 BF3+NH3→H3NBF3；BF3+HF→H[BF4]。需要說明的是，与BF3不同，其它三卤化硼一般不与相应的氢卤酸加合形成BX4-，这是因为中心硼原子半径小，随着卤素原子半径的增大，在硼原子周围容纳4个较大的卤素原子更加困难。另外，BX3虽然是缺电子化合物，但它们不能形成二聚分子，这一点与卤化铝不同[4]。
2 AlX3（X=F、Cl、Br、I）
除AlF3是离子型化合物外，其它AlX3（X=Cl、Br、I）均为共价型化合物[2]，以AlCl3为例，蒸气密度的测量表明，气态中2个AlCl3聚合为双聚分子Al2Cl6，其结构如图1所示。
在双聚分子中，每个铝原子以sp3杂化轨道与4个氯原子成键，2个铝原子与两端的4个氯原子共处于同一平面，中间2个氯原子位于该平面两侧，形成桥式结构并与上述平面垂直。
这是由AlCl3的缺电子性所决定的，因为铝原子有空轨道，卤素原子有孤电子对，可在两个分子间发生电子对配位关系而形成桥状的配位化合物。这种双聚分子遇到电子对给予体分子时会离解成单分子，然后单分子再同这个电子对给予体形成配位化合物（类似于BF3），如AlCl4-或者加合物H3NAlCl3等，因而无水三氯化铝也是某些有机化学反应中常用的催化剂。
3 FeX3（X=F、Cl、Br）
FeX3（X=F、Cl、Br）可以由铁单质直接卤化得到。Fe（Ⅲ）价电子组态为3d54s04p0，和Al（Ⅲ）的卤化物类似，以FeCl3应用最为广泛。无水FeCl3的熔点和沸点都比较低，易溶于有机溶剂中，这些事实说明它是以共价键为主的化合物，蒸气中存在双聚分子Fe2Cl6，也是通过三中心四电子的氯桥键构建的桥状结构，和Al2Cl6一致。在足够高的温度下或者遇到电子对给予体时会发生解离作用，二聚体解离为类似卤化硼的平面三角形单体。由于次外层3d价电子轨道也可以参与共价键，Fe（Ⅲ）大多形成八面体配合物，少数如FeCl4-为四面体空间构型，说明FeCl3中心原子Fe（Ⅲ）采用sp3杂化，可利用1个杂化空轨道接受Cl-的孤电子对。故FeX3是典型的Lewis酸。
4 SO3
气态SO3为平面三角形分子，中心硫原子采用sp2杂化，形成三个S-Oσ键和一个大π键[5]。由于S、O电负性的不同（S 2.58，O 3.44），S-O键的极性表现为中心原子S带部分正电荷，具有亲电性，即SO3为缺电子分子。最典型的例子就是芳香烃的磺化反应[1]。
总之，要理解一个化合物之所以是Lewis酸，可以从中心原子的价电子组态、成键时价电子轨道的杂化状态以及中心原子与成键原子的电负性差异等方面综合考虑，当然，了解多原子分子空间结构也有助于判断其是否为Lewis酸。
【参考文献】
[1]陆阳，刘俊义.有机化学[M].北京：人民卫生出版社，2013（8）.
[2]北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学无机化学教研室.无机化学（下册）[M].北京：高等教育出版社，1986（2）.
[3]魏祖期，刘德育.基础化学[M].北京：人民卫生出版社，2013（8）.
[4]大连理工大学无机化学教研室.无机化学[M].北京：高等教育出版社，2006（5）.
[5]张天蓝，姜凤超.无机化学[M].北京：人民卫生出版社，2015（7）.
[责任编辑：朱丽娜]
