前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的有机合成步骤主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
关键词:有机合成设计思路;有机合成评价思路;思S能力;信息迁移;正逆向分析法
文章编号:1005C6629(2017)1C0052C06 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
1 设计背景
从2013年开始,上海高考有机推断题出现让学生自己设计有机合成路线图;2015年,上海高考有机推断题出现让学生评价不同的合成路线,有机合成设计与评价的考查相对传统的有机推断题对学生的逻辑思维能力以及信息的迁移能力要求更高。在高三一轮复习中虽然已经系统复习有机化学基础知识,但学生在有机知识综合应用能力、信息迁移能力和逻辑思维能力等方面还比较薄弱。通常具体表现为:(1)官能团的引入与转化生搬硬套,不能灵活应用;(2)题给信息不能很好地吸收应用,对题给信息解读不够,审题也不严密;(3)步骤先后随心所欲,没有很好理解有关官能团的引入次序及基团间的相互影响等知识;(4)合成“绕圈子”,没有理解条件对反应进行的影响,合成步骤较多[1];(5)合成思路狭隘,表达不规范;(6)对有机合成路线没有评价思路,不知道从哪些角度去评价。为了提升学生思维能力,笔者设计了高三二轮“有机合成设计与评价”专题复习课。
2 教学设计
在上这节课前笔者做了三个准备。第一,在高三教学中笔者批改作业时不仅会写批语指出学生的错误症结,还会用手机拍下学生的典型错误,截取图片保存。在上这节课前笔者从积累的图片中选取四个有代表性的错误合成路线,用于有机合成评价环节教学。第二,开展学霸自编有机合成设计题活动。经过一周的收集,全班都上交了自己设计的题,积极性非常高,笔者选取和修改两道较好的题。第三,设计课前复习学案,让学生整理常见有机官能团的转化知识点[2]。
以下就是课前复习学案的内容:
(1)常见官能团的引入(或转化)方法
(2)官能团的消除
①消除双键:
②消除羟基:
③消除醛基:
具体教学过程如下:
[引入]有机合成之父――伍德・沃德先后合成了胆固醇、维生素B12、叶绿素、可的松、利血平和奎宁等一系列复杂有机分子。他曾说过这样一句话:在上帝创造的自然界的旁边化学家又创造了另一个世界。
[展示] 1.人工合成最复杂的有机物――海葵毒素。
2.合成的具有几何结构的有机分子。
(有机合成已经从科学进入到了科学-艺术的殿堂。)
[活动一]设计意图:本环节设计成“大家来找茬”游戏,让学生评价班级同学的有机合成设计流程,学生会比较兴奋,没有压力,跃跃欲试,有利于激起思维的火花,在轻松愉悦的气氛中归纳出有机合成评价思路。
[讲解]有机合成从基础原料到目标产物要经过一系列中间体,还要添加辅助原料,可能产生副产物(见图2),如何更合理设计有机合成路线呢?
[活动一]今天我们也创造一个属于我们自己的有机合成世界。首先我们进行一个有机合成“大家来找茬”活动。以下是近期同学作业中的小合成(图略),大家来评价一下。
苯环取代和侧链取代条件混淆
引入溴原子和硝基顺序颠倒,不能实现间位取代
苯环上卤原子难水解,需高温高压催化剂浓碱反应
碳碳双键易被氧化
碱性条件下羧基形成钠盐,需酸化
合成步骤太多,R-OH可以直接与HX取代反应
H既有羟基又有羧基,在浓硫酸作用下发生消去反应时,会生成酯类副产物
总结:
[应用]评价2015年上海高考有机合成三条设计路线(见图1)。
设计从2-甲基丙烯制取甘油的流程图(用反应流程图表示并注明反应条件,无机试剂任选)。
讨论思路:对比原料和产物
[展示]展示学生设计结果(见图3),对典型的两种思路进行评价。
第一种方案先碳链变短再卤代,共6步实现目标合成;第二种方案先巧妙地加工信息并进行二元应用引入两个卤原子再氧化短链,共4步实现目标合成。
[活动二]设计意图:通过这个小合成设计的挑战,让学生学会从碳架变化、官能团变化两个角度对比原料与目标产物,进而从碳链的改造和官能团的转化两个角度入手合成目标产物。学生设计了两种都可行的方案,其中第二种方案体现了思维的灵活性,需要学生善于利用和加工信息。在有机合成中经常会碰到信息的再加工应用,如多元应用、环状应用、聚合应用等。这个环节的讨论,让学生切身感悟到信息的灵活应用,提高学生思维的灵活性。
注:先给目标产物碳原子编号,然后开环推理中间体,中间体与目标产物的碳原子编号对应。
[讲解]化学家科里于1967年提出了“逆合成分析原理”(见图4),他利用电子计算机来设计有机合成路线,开创了计算机辅助有机合成的新纪元,因而获得了1990年诺贝尔化W奖。
[展示]展示学生设计的几个途径并评价讨论(见图5)。
[活动三]设计意图:该活动是成环与开环设计,合成复杂环状化合物路线,分析和对比原料和目标产物的碳链和官能团,并给复杂环状有机物的碳链进行编号,可以找到合成突破口,切断目标产物,确定有把握的中间体。通过有机物逆合成分析法的推理,进一步培养学生逻辑思维能力以及信息的迁移能力,同时加深学生对各类有机物的相互转化关系以及重要官能团的引入等基础知识的认识。逆向性思维是进行有机合成设计重要的思维方法[3]。
[课堂练习]化合物F是一种重要的有机合成中间体,它的合成路线如下:
[课堂练习]设计意图:合成一考察正向分析法,碳链变短、链状的合成;合成二考察逆向分析法,碳链增长、成环的合成;课堂练习设计考察正逆结合分析法,碳链变长、开环的合成,检验学生课堂学习效果,检测学生思维的应变能力。
注:先给目标产物碳原子编号,然后成环推理中间体,中间体与目标产物的碳原子编号对应。
[活动四]小合成挑战3
对乙酰氨基酚俗称扑热息痛,具有很强的解热镇痛作用,工业上通过下列方法合成:
[学生交流]保护酚羟基防止在引入氧化甲基时被高锰酸钾氧化。
[活动四]设计意图:阅读信息流程,挖掘信息中隐含的酚羟基保护问题,在自己的设计中注意应用信息中的方法保护羟基。目的是培养学生敏锐地捕获提示信息,仔细挖掘信息中隐含的解题线索,形成解题思路。
[展示与挑战]
学霸自编合成题1:
已知:(1)不饱和碳上的氢可与1,3-丁二烯发生1,4加成。如:
请以分子式均为C4H6互为同分异构体的两种链烃为原料合成3-羟基丁酸。
学霸自编合成题2:
格氏试剂在有机合成方面用途广泛,可用卤代烃和镁在醚类溶剂中反应制得。设R为烃基,已知:
设计意图:开展学霸自编有机合成设计题活动,学生主动研究有机化学学习资料,学习积极性提高,学生思维由局限变开放,创造性思维能力提高。
[总结]在几个合成挑战环节中同步总结思维方法进行板书如下:
3 教学反思
许多科学家的研究证明:“人的大脑就像一个沉睡的巨人,它比世界上最强大的电脑还要强几千倍。”如何让学生大脑积极运转、激发出学生的思维火花呢?怎样让学生对核心概念和科学思想达到深刻的领悟呢?我们需要给学生一个支点,那么这个支点就是思维的切入点。教学的起点是呈现有较大包容性的、由浅入深有层次的引导材料,这些材料就是思维的切入点、知识迁移和知识应用的起点[4]。本节课思维的切入点就是课堂需要的有机合成设计和评价材料,材料包括学生作业中的有机合成片段、笔者改编的有思维层次的小合成题,以及学生自编的有机合成题。教学过程以学生的思维为主线,在层层递进的挑战中开展教学,提高了课堂效果,达到了教学目标,让学生在思维过程中提高理解的层次,在思维过程中构建知识网络,在思维过程中,思维的品质得到有效的培养和发展。
优良的思维品质包括思维的广阔性、深刻性、灵活性、批判性四要素,它们都是在实践过程中内化而形成的[5]。有机合成设计与评价是一个培养这四要素最好的平台。有机合成设计要根据已有原料、信息和有关规律,找到官能团引入、转化、保护的方法,找出合成目标有机物的关键点和突破口,尽可能合理地把目标有机物分解成若干片断、根据信息提示将各片断合理地拼接和衍变,并采用正向思维和逆向思维以及综合分析相结合的方法,最终设计出最佳的合成路线,这个过程正是体现学生思维的广阔性。合成挑战一两种合成方案都可行,但思维不同。合成挑战二由原料1,3-丁二烯合成中间体1,4-丁二醇,关于两个羟基定位问题,学生思考难免不够全面甚至出错,让学生反思出现错误的原因,并找到正确答案。在一错一对之间,培养了学生思维的深刻性。有机合成设计在解决碳链增长与变短、成环与开环、官能团一元与多元、官能团定位与保护等问题时都需要学生不受思维定势和固定模式的束缚,善于发现新的条件和新的因素,随机应变,及时调整思路,找出符合实际的解决问题的最佳方案,这就是化学思维的灵活性。“大家来找茬”活动和合成挑战中都有评价环节,批判性思维得到了锻炼。
让学生暴露思维过程,在思维的冲突碰撞过程中,学生既体验到活动探究的乐趣,也体会到已有知识的概括总结、融会提升、迁移应用的意义,同时在倾听他人意见的过程中,真切感受到合作与交流的必要性。在这节课上,师生关系民主、平等,教学环境宽松、和谐,学生主动参与活动、主动展示合成方案,各抒己见,达成思维共振与情感共鸣。学生在交流中通过自主纠错,发现合成过程中要考虑官能团转化条件、定位、保护、顺序等一系列问题,加深对知识的理解。学会用正向分析法和逆向分析法以及综合分析的方法对有原料和目标产物进行分析研究,学生各展所长,各取所需,优势互补,从而激活学生的思维,实现知识复习与能力提升的双赢。
参考文献:
[1]魏崇启,牛永香.例谈高考题中有机物合成路线的设计方法[J].化学教学,2012,(8):56~59.
[2]杨大强.选修模块“有机合成”辅学课案设计的探索[J].化学教学,2014,(11):35~37.
[3]蔡秀忠.“有机合成”单元教学的设计与思考[J].化学教学,2010,(7):27~30.
[4]闫翠芬.提高学生思维品质是提高课堂教学效率的核心[J].考试周刊,2012,(16).
[5]陈娜娜.高中化学教学中如何提高学生的思维品质[J].素质教育论坛月刊,2011,(7):61~62.
[6]张宗仁,刘益良.浅谈高中化学教学中学生良好思维品质培养途径[J].新课程・下旬,2015,(12):28~29.
[7]蒋小钢.基于提升学生思维品质的高考复习习题讲评课的教学优化[J].化学教学,2014,(6):60~63.
关键词:有机合成综合实验;实践教学改革;研究性学习
作者简介:梅群波(1978-),女,湖南常德人,南京邮电大学材料科学与工程学院,讲师。(江苏 南京 210046)
基金项目:本文系国家自然科学基金项目(项目编号:GZ208017)、江苏省高校自然基金项目(项目编号:TZ208012)的研究成果。
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)16-0133-02
随着社会的日益进步,经济的高速发展,对人才的要求也上升到一个新的层面。在知识更新如此快捷的经济时代,社会需要更多的具有创新意识和开拓精神的科技性人才,而完备的教育体制是提供此类储备人才的唯一渠道。要培养学生的创新精神和动手能力,极大地发挥学生的主观能动性,必须有效地改变以往的以知识接受为主的应试教育,倡导一种更适合培养学生的有效的教育体制。将研究性学习融入到教学中和不断开展教学改革的倡导就是在这样的背景下展开的,国家开始对各个学习阶段、各类课程进行教学改革,教学改革的宗旨是全面提高学生的素质,培养学生的创新能力。
一、开设有机合成综合实验的意义
大学化学实验主要分为基础化学实验和综合化学实验,而有机合成综合实验主要是为了扩大对学生综合能力的训练及体现学科发展趋势的实验内容,也是为了加强化学合成及综合分析手段的运用等开设的实践性课程。有机合成综合实验是把基础化学的理论知识、多种实验技能和实验方法加以归纳、分析、相互渗透的一种有效的实验形式,它是在学生对基础的化学实验有一定了解的前提下,通过讲授式、启发式、讨论式与实际操作实验相结合,训练学生使用现代仪器和实验方法研究有机合成反应,在半微量或微量的规模下,合成、分离和鉴定某些有机化合物,以及利用一些常见的著名有机反应进行多步骤合成等。[1]
有机合成综合实验的目的是全面培养学生的科学思维和创新意识,本实验课程是向毕业论文过渡的一个重要教学环节。本课程作为集中实践性环节,是培养学生创新意识和实践能力的重要途径。对于深化学生的专业知识,锻炼学生的实践能力及提高学生分析、解决问题的综合能力,全面推进素质教育,有着特别重要的意义。
另外,本课程具有实验技能的综合性、实验操作的独立性、实验过程的可思考性等特点,在该实践教学环节中,要求学生自己查阅文献资料,设计实验路线,独立解决实验中所遇到的问题,改变了以前做实验完全依靠教师的被动局面,充分调动了学生的积极性,挖掘了学生的潜力。有利于拓宽学生的知识面,使学生了解和学习到学科前沿领域的新知识与先进的现代技术实验,提高学生的科学研究兴趣和培养创新能力。有利于学生把所学的知识与生产实践相结合,让学生有“学以致用”的感觉,提高学生学习的兴趣,培养学生的创造能力。
二、有机合成综合实验实践教学改革的必要性
开展研究性实践教学是大学培养创新型人才的根本要求,如何充分发挥实践教学的作用,培养创新型人才已成为各类实践教学必须思考的重要问题。创新人才的培养不仅离不开课堂上理论知识的传授,还必须借助实践教学并且需要强化实践教学。因此,实践教学效果的好坏对于创新型人才的培养有着重要的影响。一般大学的实践教学绝大多数仍停留在“知识验证”的层面上,传统的实践教学模式不利于学生的知识创新,不利于创新型人才的培养,必须进行实践教学方法的改革。
有机合成综合实验课程设立的宗旨是使学生在完成有机化学实验的基础上,实施开放式教学,促进学生知识、能力、思维和素质的全面协调发展。在传统的实验教学中,都是实验员准备好所需的实验用品,教师在实验课开始之前详细的讲解并演示,学生再依样将每个步骤重复一遍,这样的应试教育完全不能激发学生的兴趣,无法发挥学生的主观能动性和创新能力。实验教学改革的指导思想是化学实验不仅仅是为了传授化学知识、验证化学理论、掌握实验基本操作技能,而应该是更重视能力和素质的培养,通过实验培养学生的动手能力、创新意识和科学思维。[2]为了实现实验教学理念的转变,打破旧实验体系,构建新实验体系,有机合成综合实验从根本上改变了实验教学完全依附于理论教学的传统观念,作为集中实践环节展开教学。有机合成综合实验在教学方面进行了积极的探索与教学改革实践,重点是对实验课程体系、教学内容、教学模式、教学方法和手段、教学管理等进行了一体化的设计与改革,实施了研究性实践教学。[2]
三、实施正确的教学方式,发挥学生的主观能动性
在推进实验教学的过程中,首先要明确材料在21世纪的重要地位,包括材料科学与社会的关系,对社会发展的重要影响;化学正向其他学科渗透和衍生,对科技、生活领域产生了重要影响。实际上,让学生理解化学与社会的关系,是实验教学中素质教育的重要组成部分。让学生了解前沿的新兴学科,可以帮助学生拓宽学习视野。有机合成综合实验实施研究性实践教学,将有机合成综合实验中各类加热、冷却、干燥、搅拌、过滤、萃取、常压蒸馏、减压蒸馏和柱色谱分离等操作内容通过录像、动画等形式直观的演示出来,寓教于乐,不仅增加了教学的权威性和规范性,还使简单的、枯燥的讲述变得更为生动、形象、立体、活泼,加深了学生的印象,激发了学生的学习兴趣,为后续实验打下了良好的基础。传统的教学模式是以教为主体的模式,学生没有自主创新意识,也没有主观能动性。教师应该本着服务学生的教学思想,突出学生的主体地位,在教学中创设能引导学生主动参与的教学环境,激发学生学习的积极性,不断培养学生的主观能动性。
研究性实践教学将“研究性学习”引入到实验课堂,实施正确的教学方式。[3]学生在该实践环节中是按照发现问题、分析问题与解决问题的模式来进行实践。学生在教师的指导下查阅文献,获得与实验相关的信息,设计合理的实验路线,形成学习报告、进行交流。对比传统的应试教育,这种学习方式更具有吸引力,更能调动学生的主观能动性。
在实验前,给学生提供查找资料的方法,让学生自己查阅文献,设计实验路线,明确实验步骤,理解每步反应所涉及到的机理和实验原理,将实验每一步中所用的仪器、药品和溶剂详细记录与标明,并查阅所用到的物品的物性和毒性,将自己对实验了解的部分清晰的写在预习报告上。充分的预习可以帮助学生详细的了解实验的具体过程,在查阅资料和记录预习报告的过程中,培养学生独立思考的能力和解决具体问题的能力。实验过程中,给学生提供充分的动手机会,从而培养学生的动手能力和独立工作的能力。实验结束后,要求学生整理实验结果,撰写详细的实验报告。除了基本的必做实验外,还可以配合学生的兴趣安排不同的选做实验,以调动学生实验的积极性和能动性。从预习的独立思考到实验中的实际操作,再到处理实验结果的严谨客观,都培养了学生“研究性学习”的学习模式,有效地发挥了学生的主观能动性。
“研究性学习”是实践性很强的学习,其中充满了乐趣也极富挑战性。学生必须亲自去做,才能够体会到该“如何做”。通过这种拓展学习,学生的各项技能和能力都将得到最大程度的发展,创新意识也会在其中得到提高,进而提高学生的自我教育能力。在有机合成综合实验课上开展“研究性学习”,可以培养学生的动手能力、开拓能力以及学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力等。
四、改革实验内容和考核方式,提高创新能力
有机合成综合实验作为培养计划中的一个集中实践环节,是检验学生对知识的综合运用能力的环节。在无机化学实验、分析化学实验、大学化学实验和有机化学实验课程开设之后,学生已具备了一定的实验基本技能和专业知识,其观察能力、理解能力以及动手能力都有了一定的提高。在此前提下,开设了有机合成综合实验,它不同于一些认识性的生产实习,也与一般的实验课程有很大的区别。它主要包含研究型、综合性和设计性实验,通过该集中实践环节的学习,可以帮助学生进一步巩固现有知识,并通过自发学习、自我教育开拓视野,更深层次地将理论和实践联系起来。
为了提高大学生的学习兴趣和创新精神,培养他们观察、分析和解决实际问题的能力,充分发挥学生的主观能动性,挖掘学生的创新能力,必须对原有的教学内容进行改革。[4]考虑到学生的兴趣各异,安排不同的选做实验。例如,在有机合成综合实验课程中,安排了一个选做实验是“颜料黄的制备”。颜料黄的化学名称是1,1'-[(6-苯基-1,3,5-三嗪-2,4-二亚氨基]双蒽醌,C37H21N5O4,外观为橙色粉末,不溶于水和乙醇。颜料黄为酰胺类蒽醌还原染料,学生根据所查阅的资料,找到了几种制备方法。它可以用三聚氯氰作为酰化剂,与α-氨基蒽醌衍生物作用制得。还可以由2-苯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪与1-氯蒽醌反应制备。同时,学生通过对试剂的调研,发现2-苯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪很难购买,最后通过对实验方法的查阅,2-苯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪可由苯甲腈和双氰胺在氢氧化钠和丁醇的条件下反应制得。通过对这个实验的预习、调研、资料的查阅,启发了学生合理安排实验路线和试剂药品。另外,颜料黄与人们日常生活息息相关,主要用于棉、黏胶、维/棉混纺织物的染色和印花,还可以用作有机染料。这类还原染料使得光敏脆损性变小,且对纤维素具有良好的亲和力。分散性、匀染性好,耐氯漂、湿处理牢度高。颜料黄在碱性保险粉还原液中为紫色;在酸性保险粉还原液中为暗橙色;在浓硫酸中为黄色。可以鼓励学生用自己制备的颜料对棉质的布料在不同的介质中进行染色,并观察布料最终的颜色,练习颜料黄在不同介质下的着色机理。将实验内容安排合理且贴近生活,激发学生对自己专业的兴趣,增强学生的动手能力和解决实际问题的能力,提高学生对理论贯穿到实际的能力和综合分析能力,进而提高了学生的综合素质。
对实验内容的改革非常重要,对考核方式的完善也势在必行。合理的考核体系有利于培养学生实事求是的科学态度,有利于激励学生的积极性,还可以及时正确的反应该课程制定的实验内容是否合理、学生对该课程的掌握是否达标。考虑到本课程的特殊性,在考核方式上也进行了不断的调整和完善。实验的总成绩包括以下三部分:预习报告的成绩、实验操作的成绩和实验报告成绩。其中预习报告的成绩占50%,这部分主要包括实验路线设计是否合理、实验步骤是否正确、对实验原理是否清楚、是否详细例举了实验所用的仪器药品等,主要考察学生独立思考的能力、主观能动性和创新能力;实验操作成绩占30%,这部分主要包括考勤、实验态度、实际操作能力等,主要考察了学生的动手能力和独立处理问题的能力;实验报告成绩占20%,这部分主要包括实验报告书写的条理性、实验数据记录和处理是否规范、实验结果是否合理可信等,培养了学生严谨和实事求是的科学态度,更有效地发挥了学生的主观能动性。
开设研究型、综合性和设计性实验时,教师只适当加以指导,学生在掌握了查阅文献的技能后,通过对文献的查阅,获得所做实验的详细信息,包括原物料的物理化学特性,查阅总结所有实验方案的资料,设计合理的实验路线,了解实验的目的,每个实验的实验原理,汇总实验所需的简单仪器装置和药品,并能设计初步的实验装置,写出详细的实验步骤及每个步骤的注意事项,完成每个实验的预习报告。这样学生在进行实验时就可以有据可查,不会盲从搭建反应装置,是带着疑问来进行实验的。学生对每个实验的设计和准备,提高了学生独立思考的能力;对每个实验的设计和对所学知识的灵活运用,提高了学生的创新能力,逐渐培养了学生科学和创新的学习态度与学习习惯,为学生进一步深造和后续高层次人才的培养奠定了基础。
五、结语
有机合成综合实验是化学类专业高年级学生的必修实验课,也是一个重要的向毕业论文过渡的实践性教学环节。实践性教学环节的改革和探索是一项长期的系统工程,它是一种全新的教学模式,与课堂上的讲授以及实验性教学相比,有较大的变化。实践性教学需要更新教学思想,融入新的教学理念,教师只有改革自己的学习方式、转变教育观念,让研究性学习融入到实践教学课堂、实现科学教学,才能真正实现学生学习方式的转变。不断加强实验教学改革与探索力度,完善实验内容,使学生对有机合成综合实验产生浓厚的兴趣,使学生在实验中得到全方位的锻炼。通过改进实践性教学方法、更新实践内容、完善考核制度,提高学生的创新能力,培养学生科学和创新的学习态度,为培养高层次人才奠定基础。总之,实践性教学需要在实践过程中进行不断探索,才能形成一种科学、合理、有效的实践性教学模式。
参考文献:
[1]谢英娜.综合化学实验教学改革[J].广州化工,2010,38(7):272-273.
[2]姚晓华.基础化学实验教学管理体系与内容改革的探索与实践[A].第九届全国高师化学课程结构与教师研讨会论文集[C].2002:10-21.
有机大题的类型主要有两种:有机推断和有机合成。试题一般有4-5个小问,主要考查有机物结构简式的书写;根据转化的特点或反应条件等分析有机反应类型;同分异构体的数目及结构简式的书写;根据反应的规律特点书写化学反应方程式;有机物的命名以及合成线路的设计等,一般以含氧衍生物且含有苯环结构的物质为主。
一、有机推断
1.有机推断题信息的分析处理。有机推断题中通常还要对题中的信息进行分析、归纳、推理、应用。特别要注意区分信息是否对解题有帮助,是有用的还是干扰的。一般来说,由分子式的信息可推知物质的组成元素,再结合不同类别物质的通式特点分析不饱和度,进而预测可能的结构和官能团;由性质、反应等信息可推知官能团的种类;由数据信息可推知官能团的数目;由同分异构体的信息推知官能团的位置等。高考试题中经常提供教材中很少出现或没有出现过的有机化学反应方程式。对于这样的新信息,要注意观察分析有机反应物化学键的断裂方式(或位置)和产物化学键的形成方式(或位置),即有机物反应前后的结构差异、反应的条件、反应的类型等,从而得出反应的本质。通过类比模仿,由特殊性推出一般性的结论。
2.有机推断题常用的思维方法。解答有机推断题常用的思维方法有:正推法、逆推法、假使论证法、知识迁移法等。
(1)正推法。以有机物的结构、性质和实验现象为主线,按题中转化关系框图中由反应物到产物的顺序或所给信息的顺序,由左往右,逐步分析推理而得出正确结论。
(2)逆推法。同样是以有机物结构、性质和实验现象为主线,由产物到反应物,采用逆向思维,逐步向前推进而得出正确结论,这是常用的方法。
(3)正逆综合法。从反应物和生成物同时出发,以有机物的结构、性质为主线,逐步向中间过渡产物靠拢,从而解决过程问题并得出正确结论。
(4)假使论证法。根据已知条件提出假设,然后归纳、猜测、选择,得出合理的假设范围,最后得出结论。其解题思路为:审题 印象 猜测 验证。
(5)知识迁移法。在对未知物质的结构、性质、实验条件、反应现象等进行分析时,联系典型代表物的知识,按照结构决定性质的思想,类比推断,或是对信息化学方程式的迁移应用等。
二、有机物的合成
1.有机合成题的类型。有机合成题主要有两种题型:一是自行设计合成路线的,目前在高考中未受到普遍重视;二是已经给出一定的合成路线框图,常与有机推断联合进行考查。具体上又可分为三类:一是限定原料合成题。主要特点是依据主要原料,辅以其他无机试剂,运用所掌握的有机知识,设计合理有效的合成路线;二是合成路线给定题。主要特点是题目已将原料、反应条件及合成路线给定,并以框架式合成路线示意图的形式直观地展现了最初原料与每一步反应主要产物的关系,要求依据原料和合成路线,在一定信息提示下确定各步主要产物的结构简式或完成某些步骤反应的化学方程式;三是信息给予合成题。主要特点是除给出主要原料和指定合成物质外,还给予一定的已知条件和信息。该题型已成为当今高考的热点。要注意对信息的分析理解,迁移应用。
2.有机合成题的分析解决策略。解决有机合成题时首先要判断目标化合物的类别,有什么官能团,位置如何,有什么特点以及碳原子的个数、碳链或碳环的组成情况等,再联系所学知识或所给信息,类比推理。而具体的合成路线应按照题目要求的方式将分析结果表达出来。注意设计的路线要简单合理,要求选择的试剂合理和转化的条件常规。常用的思维方法有:正向思维法;逆向思维法;正逆综合法等。
(1)正向思维法。即从已知原料入手,先找出合成最终产物所需的下一步产物(中间产物),并同样找出它的下一步产物,如此继续,直至到达最终产品为止。其思维程序可概括为:原料中间产物产品。该法适合于较为简单的有机合成。
(2)逆向思维法。首先根据生成物的类别,然后再考虑这一有机物如何从另一有机物(中间产物)经一步反应而制得。如果甲不是已知原料,则又进一步考虑甲又是如何从另一有机物乙经一步反应而制得,一直往前推导到原料为止。
(3)正逆综合法。即同时从原料和目标产物的结构特点及特征反应出发,正推或逆推,逐步向中间过渡产物推导。该法适合于较为复杂并给出信息的有机合成。
参考文献
[1]教育部考试中心 2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲(理科.课程标准实验版)[M].北京:高等教育出版社,2013。
一、有机合成推断题的常见类型
1. 利用流程和背景信息推断。
这类题目的流程往往比较简洁,但在题干中会补充相关的信息,同学们需要在抓住合成主线的基础上,借助背景信息进行推断。
【例1】(2015・新课标II节选)聚戊二酸丙二醇酯(PPG)是一种可降解的聚酯类高分子材料,在材的生物相容性方面有很好的应用前景。 PPG的一种合成路线如下:
已知:
①烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢;
②化合物B为单氯代烃:化合物C的分子式为C5H8;
③E、F为相对分子质量差14的同系物,F是福尔马林的溶质;
{4}。
推断思路:根据流程和背景信息,烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢,由于70÷14=5,可知A是环戊烷,则A的结构简式为 ;环戊烷与氯气发生取代反应生成B,且B为单氯代烃,则B的结构简式为;根据B生成C的反应条件可知该反应是卤代烃的消去反应,所以由B生成C的化学方式为
,D则为HOOCCH2CH2CH2COOH,E、F为相对分子质量差14的同系物,F是甲醛,则E是乙醛。
2. 根据反应产物推断。
这类题目的特点是在合成线路中,有比较明确的物质转化关系,往往能借助一些关键产物进行推断。
【例2】(2015・新课标I节选)A(C2H2)是基本有机化工原料。由A制备聚乙烯醇缩丁醛和顺式异戊二烯的合成路线(部分反应条件略去)如图所示:
推断思路:根据步骤⑤的反应物及产物,可推断A为乙炔(C2H2);乙炔与CH3COOH加成反应生成B,结合步骤②的产物,可推知B为CH3COOCH=CH2,结合步骤④的产物,可推断C为,D为CH3CH2CH2CHO。
3. 借助问题中信息进行推断。
这类题目的突破口不出现在合成路线上,也不在已知的信息中,而是出现在问题中,同学们在平时应养成先浏览全题,快速提取有效信息的习惯。
【例3】(2015・天津节选)扁桃酸衍生物是重要的医药中间体,以A和B 为原料合成扁桃酸衍生物F路线如下:
(1)A的分子式为C2H2O3,可发生银镜反应,且具有酸性,A所含官能团名称为:_________,
推断思路:题干和流程中没有提供有关A和B的信息,但在问题(1)中进行了补充:A的分子式为C2H2O3,可发生银镜反应,且具有酸性。可推断A是HOCCOOH,官能团是醛基和羧基;根据C的结构可知B是苯酚。
4. 根据反应条件的特征进行推断。
有机反应的条件往往带有一定的特征,而这些特征往往也成了推断的突破口,应引起同学们的重视,要熟记常见反应的条件。
【例4】(2015・浙江高考节选)化合物X是一种香料,可采用乙烯与甲苯为主要原料,按下列路线合成:
已知:RXROH;RCHO+ CH3COOR’RCH=CHCOOR’
推断思路:A为乙烯与H2O的加成产物,故A为CH3CH2OH(乙醇);A催化氧化得到B,B为CH3COOH(乙酸)、甲苯光照条件下与氯气反应,则甲基氢原子被氯原子取代,故C为C6H5CH2Cl;C为卤代烃,在NaOH水溶液中水解生成醇,所以D为C6H5CH2OH(苯甲醇);D催化氧化为E,所以E为C6H5CHO(苯甲醛)。类比已知条件RCHO+CH3COOR’RCH=CHCOOR’可知,醛E和酯F也可发生同类反应得一种不饱和酯X,所以X的结构简式为:。
5. 根据提供的化学方程式进行推断。
这类题型所涉及的物质及反应,有些是同学们不熟悉的,但题目会提供化学方程式,帮助同学们了解物质转化关系,同学们应抓住反应中的官能团转变或断键方式,寻找突破口。
【例5】(2014・新课标I节选)席夫碱类化合物G在催化席夫碱类化合物G在催化、药物、新材料等方面有广泛应用。合成G的一种路线如下:
已知以下信息:
①
②一摩尔B经上述反应可生居二摩尔C,且C不能发生银镜反应。
③D属于单取代芳烃,其相对分子质量为106。
④核磁共振氢谱显示F苯环上有两种化学环境的
⑤
推断思路:A是氯代烷烃,发生消去反应得到烯烃B,结合信息①②可知B是一种对称烯烃,且双键碳原子上没有氢原子,则B结构简式为:C(CH3)2=C(CH3)2,生成的C是丙酮:CH3CH3;F分子式为C8H11N,结合信息③,D是乙苯;F的苯环上只有两种环境的氢原子,则乙基、氨基位于对位上:C2H5――NH2;F与丙酮C发生信息⑤的反应得到产品G:C2H5――N。
二、有机合成推断题的复习建议
在高考中,有机合成推断题虽然考查形式灵活多变,但其核心是不变的,基本上都是以官能团的性质为主线进行考查,因此同学们在复习过程中应注意以下几点:
1. 立足教材,掌握有机物、有机物的基本分类、同系物、官能团、同分异构体等基本概念;掌握甲烷、乙烯、乙炔、苯、乙醇、乙酸等典型有机物的性质,以点盖面地学习,形成系统。
[关键词]化学合成药物;绿色合成;发展趋势
一、化学合成药物的绿色化
绿色有机合成是指采用无毒、无害的原料、催化剂和溶剂,选择具有高选择性、高转化率,不生产或少生产副产品的对环境友好的反应进行合成,其目的是通过新的合成反应和方法,开发污染最低、能源消耗最少的先进合成方法,从根本上消除或减少环境污染。近年来,实现绿色合成的几种可行的途径如下:(1)使用环境友好催化剂,提高原子利用率。有机合成中,减少废物的关键是提高原子利用率,所以在选择合成途径时,除了考虑理论产率外,还应考虑和比较不同途径的原子利用率。如二联苯的合成,常规方法是以pdc12为催化剂,以含苯基的有机汞化合物为原料在吡啶中进行,但操作过程较为复杂,原子利用率低。若以具有高反应活性的GaP纳米晶为催化剂,就可以直接以苯为原料,一步合成得到二联苯。(2)使用环境友好介质,改善合成条件。传统的有机合成中,有机溶剂是最常用的反应介质,但是有机溶剂的毒性和难以回收,又使之成为对环境有害的因素。(3)采用洁净的有机电合成。电化学过程是洁净技术的重要组成。由于电解一般无需使用危险或者有毒试剂,且通常在常温、常压下进行,所以在绿色合成中独具魅力。例如,实现自由基环化反应,常规的方法是使用过量的三丁基锡烷,过程中存在的问题是原子利用率低、使用和产生着有毒的锡试剂。利用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂,进行催化反应,可在温和、中性条件下完成。(4)运用高效的多步合成技术。在药物的合成中,往往涉及分离中间体的多步骤反应。为实现绿色合成,研究发展的串联反应是非常有效的。串联反应包括有一瓶多步串联和一瓶多组分串联。前者是仿照生物体内的多步链锁式反应,使反应在同一反应器内从原料到产物的多个步骤连续进行,无需分离出中间体,又不产生相应的废弃物。后者是涉及至少3种不同原料的反应于同一反应器中进行,而每步反应都是下步反应所必需的,而且原料分子的主体部分都融进到最终产物中,是一类高效的合成方法。
二、化学合成药物发展趋势
(1) 从药用植物中发现新的先导化合物并进行结构修饰、发明新药,是21世纪合成新药研究的重要部分。尤其是由于细胞及分子水平的活性筛选方法的常规化和分离技术的精巧化,有可能从植物中发现极微量的新的化学结构类型。同时,通过现代的筛选模型重新发现20世纪已经筛选过的植物化学成分的新用途,也为合成新药研究提供了更多的成功机会。(2)从天然来源发现新结构类型抗生素已经很困难,微生物对抗生素的耐药性的增加,不合理的使用抗生素,使得一种抗生素的使用寿命愈来愈短。这种情况促使半合成及全合成抗生素在21世纪会得到特别发展。(3)组合化学技术应用到获得新化合物分子上,是仿生学的一种发展。它将一些基本小分子装配成不同的组合,从而建立起具有大量化合物的化学分子库,再结合高通量筛选来寻找到一些具有活性的先导化合物。(4)有机化合物仍然是21世纪合成药物最重要的来源。化学合成药物仍然是最有效、最常用、最大量及最重要的治疗药物。当今世界大制药公司新药研究的主题仍是化学合成药物。(5)20世纪六七十年代,仪器分析(光谱、色谱)学科的逐渐形成,加快了化学合成药物开发的速度。进入21世纪,一批带有高级计算机仪器的发明,分离、分析手段的不断提高,特别是分析方法进一步的微量化等将使化学合成药物的质量更加提高,开发速度也会进一步加快。(6)药理学进一步分枝化为分子药理学、生化药理学、免疫药理学、受体药理学等,使化学合成药物的有效药理表现更加具有特异性。21世纪,化学合成药物会紧密地推动药理学科的发展,药理学的进展又会促进化学合成药物向更加具有专一性的方向发展,使其不但具有更好的药效,毒副作用也会更加减少。(7)利用计算机进行合理药物设计的新药研究和开发,展现出良好的发展前景。21世纪,酶、受体、蛋白的三维空间结构会一个一个地被阐明的,这给利用已阐明这些“生物靶点”进行合理药物设计,从而开发出新的化学合成药物奠定了坚实的基础。(8)防治心脑血管疾病、癌症、病毒及艾滋病、老年性疾病、免疫及遗传性等重要疾病的合成药物是21世纪重点需要开发的新药。(9)分子生物学技术的突飞猛进、人类基因组学的研究成就,将对临床用药产生重大影响,不但会有助于发现一类新型微量内源性物质,如活性蛋白、细胞因子等药物,也为化学合成药物研究特别是提供新的作用靶点奠定了重要的基础。
综上,药物的绿色合成作为新的科学前沿已逐步形成,但真正发展还需对常规的有机合成进行不断的改革和创新。
参考文献
1整合和优化教学内容
建立实验教学新体系课程内容的质量关系着学生学习的动力和积极性。合理地设置课程体系,对学生实践能力和科学素质的培养至关重要。总的来说,有机实验课程的设置应从基础、合成、设计三个层次,微型、绿色、与时俱进三个特色全面培养学生的动手能力和创新意识。需注意以下几点:
1.1加强基础操作训练,夯实基础有机化学实验按内容分为基础操作实验、有机合成实验和综合设计性实验三大块。为了缩减课时,一些常用的基础操作训练如常压蒸馏、液液萃取、重结晶等操作由于其在后续合成实验中出现的机会多,常常被压缩到合成实验中一起做,而未单独训练。通过实践证实,这样做效果很不好。因为合成实验牵涉的操作步骤多,实验过程匆忙,对基本操作的训练达不到规范要求,更谈不上培养良好的操作习惯了。而没有好的基本操作技能,也不可能达到合成实验要求的培养综合实验能力的目标,事倍功半。我校学生是在大一下学期开设有机化学实验课的,通过近些年的教学发现,大一学生的实验技能和实验素质都很差。由于中学教学围绕高考“指挥棒”转,存在“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”的不良倾向,造成中学实验教学与大学实验教学的严重脱节。这种脱节现象既不利于教学质量的提高,又影响了学生的身心发展。因此对于某些非常重要的基础操作,要做到教师认真讲解,学生反复练习。只有把基础打扎实了,学生才能具备独立操作有机合成实验的能力。
1.2有机合成实验与有机化学理论教学紧密结合,理论联系实际有机合成实验的进行紧随基础操作实验教学之后,不仅能夯实有机实验基本功,而且是理论教学中的一些重要反应的实践验证过程。作为培养学生动手能力和解决问题能力的一个承前启后的环节,必不可少。通过这些合成实验的学习,同学们不仅更加熟练了普通蒸馏、液液萃取、重结晶等一些基础操作,而且对课本中反复提到的亲核加成反应、羟醛缩合反应、酯缩合反应、康尼扎罗反应等都有了极深的感性认识。值得注意的是,这些有机合成实验的教学时间安排应和理论教学很好地结合起来,努力做到理论和实践的结合。
1.3开设综合设计性实验,强调启发式教学通过基础实验技能的培养、有机合成实验的进一步练习,在学生打好基础的前提下,开展综合设计性实验。实验教学初期,教师在讲授有机实验基础操作的时候应做到搭装置示范,认真讲解,耐心指导。在学生打好基础后,就应该调整教学方案,改变教学模式,由主角变导演,将学生放在主角的位置上,打破传统教学中学生被动接受的弊端,采用讨论式、提问式、启发式、发现式等多种方法引导学生,由他们自己主动地去完成对本次实验课内容的理解和掌握。由有解实验变为求解实验,由知识积累变为智能开发。这种教学模式,对提高学生的主动性和独立思考能力起到积极作用。设计性实验可从实验教材中已有的合成实验的反应条件、实验装置的优化出发,逐步扩展到给定目标化合物,同学通过查阅文献、参考书,设计合成路线、实验装置,最终合成目标化合物。综合设计性实验的开设,对于培养学生独立进行科学实验的能力、良好的科研素质、独立获取相关文献资料的能力都起到了决定性作用。
1.4采用微型化实验方法来代替部分常规实验方法,减少实验事故的发生微型化学实验是由美国的Mayo博士及其同事从1982年开始研究并试用的一种新型实验方法。它是以微小量的试剂,在微量化的仪器装置中进行实验。其试剂用量是常量制备实验的十分之一至千分之一,固体约为10mg~100mg,液体约为0.1mL~2mL。由于有机实验试剂毒性大,挥发性强,易燃易爆,因此有机实验的安全教学一直是教学中的一个重点。微型化实验的优势主要表现在实验试剂用量少,辅助材料用量少,反应时间短,不仅降低了实验成本,而且相应减少了爆炸、着火、中毒等事故的发生率,改善了实验环境,极大地减少了实验过程对环境的污染,提高了教学质量。目前,北京大学、山东大学、中山大学、云南大学等全国几十所高校均把微型化实验列为有机实验教学的内容。北京大学摸索了小量-半微量有机合成,已在教学中使用多年,效果良好,值得我校学习。
1.5尽量使用低毒无毒的有机试剂,创建绿色环保的有机实验教学体系在实验内容的安排上,应努力实现绿色化。绿色化学的基本内容是:由无毒害的原料,在无毒害的催化剂、溶剂等反应条件下,获得对环境友好的产物。有机化学实验不可避免地会产生一些三废,在有机化学实验过程中应该合理收集和排放三废,如对废弃物不处理随意排放,不仅对环境造成污染,而且会淡化学生的环保意识,养成不良的实验习惯。在实验操作中要求学生将实验中产生的废气进行处理、对废液进行回收处理、对产品进行回收利用。近些年,我校在这方面做出了努力,如将基本无毒的环己烷代替苯做为共沸除水剂、反应溶剂,将乙醇代替甲醇做为重结晶使用的溶剂,及时进行实验三废的处理等。但总体感觉力度过小,有待进一步加强。
1.6及时向学生介绍实验新技术新仪器,与时俱进仪器设备陈旧是高校实验教学的一个普遍问题,这不适应日新月异的实验技术的发展。为培养适合社会的新型人才,在教学中应注意及时将先进的仪器技术设备介绍给学生,例如:在介绍熔点的测定时,除介绍了毛细管测定法外,还应介绍显微熔点仪、电热熔点仪、热分析仪测定法,并演示显微熔点仪测熔点的操作;在介绍普通蒸馏装置时,应将旋转蒸发仪介绍给学生并作演示实验;在介绍制备化合物的红外光谱时,应使用傅立叶红外光谱仪就学生自己制备的产品作谱图,这样不仅扩宽了学生的知识面,开阔了视野,而且增强了学生的实验动手能力,提高了学生的学习积极性。
2建立完善的考核制度
加强实验教学质量调控实验成绩考核制度直接影响着学生的学习态度和积极性。规范实验考核制度能充分调动学生学习的主动性,对提高学生的实验动手能力、独立思考能力和创新能力起到了至关重要的作用。为了能客观公正地反映学生的实验能力,笔者认为有机实验成绩应改变原来单纯凭印象给分的错误方法,而由平时考核、实验笔试和期末考核三部分综合量化给分,具体实施方案如下:
2.1注重平时考核,加大其在总成绩中的比例教师对于平时实验的考核应分两部分组成。一部分是由出勤率、实验态度、实验装置的搭建、实验结果、卫生情况等组成,另一部分是实验预习报告、实验记录、实验报告成绩。教师针对以上提出的几个指标制作实验考核卡片,以5分制及时记录学生实验情况,期末将每次实验的成绩总评而给出平时成绩。
2.2开设实验基础内容笔试,进行量化考核为了预防学生只会做实验而不懂实验原理的现象出现,在学期末安排实验笔试考试。考核内容主要是有机化学实验的重要知识,包括实验室规则及安全常识,化学仪器的使用和养护方法,基础操作的原理及适用范围等。
2.3设置期末考核实验,充分反映学生的实验动手能力在学期末,安排一个全面涉及基础操作的合成实验作考核。就实验预习报告、实验态度、实验装置的搭建、实验情况记录、实验报告(要求当场交)完成情况、卫生情况等方面作综合考察。
二结语
关键词:思维导图;有机化学基础;化学教学
文章编号:1005C6629(2017)2C0049C04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
思维导图是由英国心理学家、教育家托尼・巴赞(Tong Buzan)在20世纪60年代提出的一种图解形式记笔记的方法,也是表达放射性思维的有效图形思维工具。思维导图运用图文并重的技巧,把各级主题的关系图相互隶属与相关的层级图表现出来,将主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接,充分运用左右脑的机能,在思维过程中协调运作,利用记忆、阅读、思维的规律,协同人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展,从而开启人类大脑的无限潜能[1]。随着现代信息技术的迅猛发展,开发出来多种思维导图软件,并在教学中发挥越来越大的作用。思维导图软件属于现代信息辅助教学(MITAI)的一种形式。现代信息技术辅助教学是计算机辅助教学(CAI)的发展,现代信息技术辅助教学满足了学生个性发展的需要[2]。笔者经过多年使用思维导图软件的教学实践,积累了一些对思维导图的认识和在化学教学实践中的经验,下面以高中化学《有机化学基础》模块为例,对思维导图在化学教学中的应用提供有意义的参考和启示。
1 思维导图的教学实践研究
1.1 明晰有机化合物核心概念之间的关系
有机化合物种类繁多,很多有机物的结构看着比较相似,但在性质上差异较大,如果能理清各种有机物核心概念之间的归属关系,就能简化有机化学学习的容量,降低学习的难度,为《有机化学基础》模块的学习打下了坚实的基础,思维导图可以清晰地呈现出有机化学核心概念之间的关系,以烃类化合物为例(见图1)。
1.2 强化有机物结构与性质关系的认知结构
J知结构是知识结构内化在学习者头脑里所形成的观念的内容和组织[3]。《有机化学基础》模块最核心的内容是有机物的结构与性质的关系,学生利用思维导图中的“联系”功能可以很好地强化有机物的结构与性质关系的认知结构。形成从物质的微观层面理解有机物的组成、结构和性质的联系,形成“结构决定性质”的观念,发展“宏观辨识与微观探析”这一化学学科核心素养,以有机物的官能团和化学性质的关系为例(见图2)。
利用思维导图的“联系”功能,还可以在有机物的结构(官能团)与化学性质的连线上添加所需要的反应物质或反应条件(如图2中酯基、肽键和醛基等)。
1.3 直观展示有机化学实验的装置和化学原理
1.4 指导有机物合成路线的修正和信息获取
有机物的合成是《有机化学基础》模块的重要内容,体现在有机化学理论的学习研究和生产生活实际的需求两个方面,因此有机物合成路线的考查在高考的考查中是重点,也是难点。学生对有机合成路线的设计,最大的困惑是:(1)正确合理的有机合成路线的初步构想。(2)关键反应步骤的反应信息。利用思维导图可以很好地帮助学生解决有机物合成中的这两个困惑,具体做法是让学生把已知的知识、信息,利用思维导图做出部分合成路线,这样的路线虽然是残缺的或错误的,但是是直观的,缺少的或错误的片段就是问题,而且是指向性非常明确的问题,问题解决是思维活动最普遍的形式[5]。因而思维导图在有机物合成路线的推导时,对于激发学生思维活动作用显著。下面以2016年江苏化学高考第20题(5)为例。
化合物H是合成抗心律失常药物的一种中间体,可通过以下方法合成:
根据本题有机合成给出的原料[甲苯和(CH3CO)2O]和合成的最终产物,大部分学生利用思维导图得到下面的初步构想(见图4)。
通过分析构想图,发现在有机合成第二步就出现了与已知相矛盾的错误,且在后面的步骤中也出现了残缺的部分(在教材中没有学习过的有机化学反应)。错误的地方需要否定且进行修正,即苯甲酸不能在临位取代上硝基,而甲苯可以在临位取代上硝基,因此第一步应该进行修正。残缺的部分需要继续获取信息,仔细观察题目给出的化合物H的合成方法中AB,BC的反应条件,即可以解决-NO2最终到-NHCOCH3的问题。兼顾考虑已知1,利用思维导图的直观性和递进性可以轻松地得出正确的合成路线(见图5)。
2 思维导图有利于培养学生化学学习品质
(化学)学习品质指能反映学生自己以多种方式进行学习的倾向、态度、习惯、风格等。它不是学生所要获得那些技能,而是学生自己怎样使自己去获得各种各样的技能[6]。托尼・巴赞说图像才是大脑的语言,思维导图的直观性可以帮助学生更高效地提升学习化学的能力。美国教育家布鲁纳认为,教师必须本着这样的目的来帮助学习者:使学习者能够承担起矫正任务。否则,指导的结果只是产生了一种永远依赖教师知识的掌握形式[7]。学生在使用思维导图进行化学学习时,需要有不断创新的想法和有条不紊的修正、整理,这样利于学生的自主学习。思维导图的自由联想和头脑风暴,有助于丰富学生的思维方法(逆向思维法、推理思维法、反证思维法、有序思维法等)和合作学习。绘制成功的思维导图是一个人面对问题的一个全景图,它涉及该问题的各个层面,包括该问题的缘由、对自己的重要性、解决的途径和困难,可以说涉及到所能想到的一切细枝末节。面对这样一幅全景图,极大地提高了学生的观察力[8]。
3 在教学中使用思维导图的注意事项
3.1 避免与概念图、知识网络图等混淆
思维导图不是静态知识点的总结,是人依据大脑的思维活动描绘出的思维图,能呈现人思维活动的过程,可以看出人思维活动的递进性和层次性,可能包含不合理的、甚至是错误的内容。是帮助学生学习过程中不啻葱潞托拚错误的工具。
3.2 避免使用时形式单一枯燥
思维导图的结构图非常丰富,例如:平衡图、组织结构图、树状图、逻辑图、时间轴图、鱼骨图、矩阵图等形式,还可以插入标注、图标、联系、概要、外框、附件和录音等。展开丰富的思维活动并用思维导图的各种功能呈现出来,这样的思维导图是立体的、彩色的、有声的。
3.3 思维导图的使用不仅仅是教师还有学生
思维导图最大的特点是把思维活动通过图文呈现出来,学生使用思维导图对于教师了解学情有很大帮助。思维导图中的头脑风暴特别适合学生的小组合作学习,能把所有学生的所有想法都呈现出来。
化学是把物质的微观结构、宏观性质、实际应用和化学理论融合的一门自然学科,思维导图除了可以在《有机化学基础》模块教学中很好地应用,在其他化学模块中的教学同样能起到很大的作用。
参考文献:
[1]托尼・巴赞著.叶刚译.思维导图(第一版)[M].北京:北京中信出版社,2009.
[2]吴俊明.关于应用现代信息技术进行教学的几点思考[J].化学教学,2015,(9):1~5.
[3]奥苏伯尔等著.佘星南,宋钧译.教育心理学:认知观点[M].北京:人民教育出版社,1994:202.
[4]张力平.化学反应学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[D].济南:山东师范大学硕士学位论文,2012.
[5]王d.认知心理学[M].北京:北京大学出版社,1992:276.
[6] Washington State(2005). Early Learning and Development Benchmarks [R/OL]. http://K12.wa.us/Early Learning/Beechmarks.aspx,2006-6-25.
【关键词】综合推断 信息获取 加工能力
【中图分类号】G427 【文献标识码】A【文章编号】
1.对近三年理综试卷有机试题分析后的一些思考
1.1有机常考题型,从有机试题的结构特点和考查的内容看,题型、比例和分值都相对比较稳定,每年都有一个有机推断题,所占分值占整个化学试题的20%左右。
⑴考查有机基础知识。如:判断有机物的类型、用有机化学知识分析生活中常见问题、考查跟有机化学有关的基本技能、判断同分异构体和书写同分异构体的结构简式、高分子化合物与单体的相互判断、有机物质模型的识别,已知物质结构,推断物质性质;
⑵考查有机反应类型的定性判断和定量计算。如:书写有机化学方程式、判断有机反应类型、基本有机计算等。
⑶考查有机物知识的综合分析和应用能力
1.2从考查的要求看,以理解层次为最多。试题特别强调能力和素质的考查,注重考查考生对基础知识的理解以及运用这些基础知识分析、解决问题的能力,体现了学以致用、理论联系实际的思想。
1.3从命题的着眼点看,无论是结构简式、化学方程式的书写,还是有机反应类型的判断,高考试题均根植于教材之中,但考题往往依托社会生活热点问题和科技新成果进行有机物各方面知识的考查,因此只要我们在平时教学中根据《教学大纲》扎扎实实地做好化学基础知识的落实工作,应该说绝大部分学生在面对这种难度的试题时是不会有太大障碍的。
1.4从学生的答题情况看,常见的主要错误有:
(1)审题不仔细,没按题目要求准确作答;
(2)结构简式的书写不规范:如
①. 多写或少写H原子;②.将苯环写成环己烷;③.官能团之间的连接线没有对准所连接的原子;④.有些官能团往左书写时没注意(如:HO-、OHC-、HOOC-、O2N-、H2N-等的书写);⑤.书写时未把官能团的结构特征表达出来等;
(3)书写方程式时未用结构简式表达,丢产物(如水等小分子),忘了配平或注明反应条件等;
(4)化学用语书写错误:如烯、苯、醛、酸、脂和酯等书写错误;
(5)对一些复杂同分异构体的书写则很难完整写出。
2.对高考复习的几点意见
有机化学考察的知识点主要有有机物的分类、结构与组成、有机反应类型、有机物的相互转化、有机物的制取和合成等。这些知识大都与日常生活、工农业生产、能源、交通、医疗、环保、科研等密切相联,融于其中,还有知识的拓展和延伸,这就增加了这部分考题的广度和难度,学生要熟练掌握,必须花一定的时间和讲究复习的技巧,方能事半功倍,达到复习的最佳效果。而对于很多学生来说,总觉得有机化学非常难学,知识非常零碎,一盘散沙,所以在带学生复习时,要根据考纲和知识点,按照《考试大纲》的要求对知识点进行归纳、整理、复习。
2.1以结构为主线,突出知识的内在联系
划分知识板块。根据有机化学知识重点和考试热点可以分成如下六个复习板块。
(1)同系物及同分异构体 (2)官能团的性质及有机化学反应类型
(3)重要有机物的实验室制法(4)有机化合物燃烧问题
(5)有机合成 (6)有机高分子化合物和蛋白质
2.2联成知识网
有机化学知识点较多,在复习中通过分析对比、前后联系、综合归纳,把分散的知识系统化、条理化、网络化。
2.3 有机化学强调“结构决定性质,性质决定用途”的思想,学生在学习有机化学的过程中应体会到这种思想,为后续的各类有机物的学习搭建一个理论方法的平台。在“烷烃和烯烃的结构和性质”的教学中,教师可先从回忆必修2知识入手,通过结构和化学反应类型对比归类,将甲烷、乙烯的结构和性质迁移到烷烃和烯烃,进行甲烷、乙烷和乙烯的结构和性质对比,并以此推广到烷烃和烯烃的结构和性质的相似性、递变性和差异性的对比上。通过本节课的学习,使学生意识到“结构决定性质”是今后研究有机化合物的重要方法,知道分析有机物的结构首先分析官能团的结构特点,分析其中碳原子的成键方式及饱和程度,其次,要考虑官能团与相邻基团的相互影响,在此基础上,可以推测有机物的性质。
2.4重视有机实验的整理复习
《高中化学课程标准》中强调化学学习中既要重视学习的结果、也要重视学习的过程,新教材中有许多引导学生自主探究的步骤,要求学生自己研究后得出结论。近几年的高考试题越来越重视这方面的要求。用有机化学素材测试实验探究能力是一种常见的命题形式。化学是一门以实验为基础的学科,在教学中改变传统的学生被动接受的实验授课方式,倡导学生主动参与的探究型实验教学模式对教学大有裨益。
【关键词】乙炔法;转化率;双乙烯基二乙二醇醚
The Preparation of the Di-ethylene Glycol Divinyl Ether
JIANG Wei1 TIAN Yan2 LIU Yan-jie3
(1.College of Materials Science & Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin Jilin 132022,China;
2.Jilin ChuoFeng Liuji Diesel Manufacture Co.Ltd Jilin Jilin 132200,China;
3.College of Chemical & Biological Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin Jilin 132022,China)
【Abstract】Di-ethylene glycol divinyl ether was synthesized with K as catalyst. The influence of reaction condition were studied. The results indicated that the most suitable condition is as follows: K as the catalyst with 8%, reaction time was about 8h, reaction temperature was 175℃, the conversion rate of reaction was 60%.
【Key words】Carbide France; Conversion rate; Di-ethylene glycol divinyl ether
单乙烯基二乙二醇醚的合成[1]作者曾做过研究探索,从结构上讲,双乙烯基醚二乙二醇醚(又称二乙二醇二乙烯基醚/二甘醇二乙烯基醚)更有优势,同时具有三个醚键和两个双键,具有非常独特的使用性能,是重要的有机合成中间体和功能性聚合单体,它的均聚物和共聚物被广泛地应用于粘合剂、涂料、剂、增塑剂、杀虫剂和表面保护材料等许多领域[2]。国内在二甘醇二乙烯基醚合成方面的研究起步较晚,至今还未实现工业化生产,鲜见相关的研究报道,市售产品都是国外进口分装[3]。目前世界上只有德国BASF公司、美国ISP公司和日本丸善石油化工公司生产二甘醇二乙烯基醚,其制备方法大多都申请了专利来加以保护[4]。
本实验对双乙烯基二乙二醇醚的合成工艺条件进行了探讨,得出了较适宜的工艺条件。
1 实验部分
1.1 实验药品及仪器
二甘醇,碳化钙,乙炔气,金属钾,均为市售,分析纯;氮气,工业纯;四口烧瓶,搅拌器,恒温电热套,循环水式真空泵等。
1.2 实验步骤
将用石蜡液封的钾金属取出,迅速用小刀将块状钾金属切成小块颗粒,然后将二甘醇倒入四口烧瓶中,通入氮气加以保护,加热至120℃,待钾金属全部溶解,同时向溶液中通入乙炔气体,控制温度在175℃~180℃左右,反应时间在8h左右。所得产物经过经过减压蒸馏,得到无色透明液体。
2 结果与讨论
2.1 反应时间对转化率的影响
乙炔法制备双乙烯基二乙二醇醚的是一个有机合成过程,通常需要较长的反应时间,固定其他反应条件,考察不同的反应时间对转化率的影响,结果如图1、表1所示。
图 1 反应时间对二甘醇转化率的影响
表1 反应时间对二甘醇的转化率的影响
由图1、表1可知,反应时间越长,二甘醇的转化率越高,但是时间太长,二甘醇的转化率的增加逐渐不明显且趋于平稳,考虑到工业生产要求既能达到较高的转化率,又能达到一定节省能源的目的,选用8h为最佳的反应时间。
2.2 反应温度对转化率的影响
双乙烯基二乙二醇醚的沸点为198℃-199℃,因此反应温度不宜过高,以免双乙烯基二乙二醇醚蒸发。反应时间为8h,以KOH为催化剂,用量为12g,乙炔流量40mL/min时,考察反应温度对转化率的影响,得出结果如表2所示。
表 2 反应温度对二甘醇转化率的影响
由表2可知,当其它条件确定时,温度在155℃以下,二甘醇的转化率极低,当温度从160℃上升到175℃的期间,二甘醇的转化率显著提高,当温度超过175℃以后,二甘醇的转化率提高不明显。所以确定最佳反应温度为175℃。
2.3 催化剂种类和用量对转化率的影响
实验中选用K和KOH两种催化剂,在确定其它条件(5h/160℃)的同时,固定催化剂用量,所得的二甘醇转化率的结果如下图2所示。
图2 催化剂的用量对二甘醇的转化率的影响
由图2可知,两种催化剂的催化效果相当,K金属的催化效果比KOH略好一些,这是因为K金属比较活泼,催化效果好,而用K金属作为催化剂的缺点是比较危险,操作稍有不慎就会引起爆炸,但是如果严格按照实验操作要求操作,K金属仍然是制备双乙烯基二乙二醇醚比较理想的催化剂。
当催化剂用量小于12g时,二甘醇的转化率随催化剂的用量的增多有明显的提高,而当催化剂大于12g以后,催化剂的催化效果基本不变,因此选择的催化剂的最佳用量为12g(约为8%)。
2.4 乙炔流量对转化率的影响
最佳的乙炔的通入流量,即节省能源又能使乙炔与二甘醇充分反应的前提下得到一个满意的转化率,乙炔气体流量对二甘醇转化率的影响,实验结果如表3所示。
由表3 可知,乙炔流量小于40mL/min时,二甘醇的转化率随着乙炔的通入流量增大而增大,当乙炔流量大于40mL/min以后,二甘醇的转化率却突然降低,这是因为乙炔通入流量过大时,乙炔进入液体的初始速度过大,导致乙炔在二甘醇中的停留时间过短,缩短了乙炔和二甘醇的反应时间,因此最佳乙炔流量为40mL/min。
表3 乙炔气体流量对甘醇转化率的影响
3 结论
影响二甘醇转化率的条件是:反应温度,反应时间以催化剂的用量及乙炔流量,通过实验得到制备双乙烯基二乙二醇醚的最适宜的条件为:二甘醇300mL,K金属12g(约8%),反应温度175℃,反应时间为8h,乙炔流量为40mL/min,双乙烯基二乙二醇醚的转化率可达60%以上。
【参考文献】
[1]韩运华,蒋巍,石磊,李瑞军,洪国辉.单乙烯基二乙二醇醚的合成[J].吉林化工学院学报,2011,28(5):30-33.
[2]张育川.二甘醇单乙烯基醚[J].精细与专用化学品,1999,16(6):21-22.