論有機(jī)化學(xué)復(fù)習(xí)中學(xué)科思想方法的滲透

浙江 應(yīng)化德

有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)是中學(xué)化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，有機(jī)化學(xué)知識具有鮮明的學(xué)科特點，是學(xué)生相對容易掌握的內(nèi)容，但有些學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也遇到很多困難，考查時容易失分，追究其原因，筆者認(rèn)為主要是缺乏學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)特有的思想方法。如：快速書寫同分異構(gòu)體時要關(guān)注環(huán)狀與雙鍵的轉(zhuǎn)化、原子組成的變化以及對稱思想的運用等；快速判斷物質(zhì)的變化過程及推導(dǎo)有機(jī)物結(jié)構(gòu)要運用定位反應(yīng)思想；學(xué)習(xí)過程中要關(guān)注化學(xué)反應(yīng)環(huán)境、基團(tuán)保護(hù)、基團(tuán)相互影響等化學(xué)學(xué)科思想的滲透。

一、有機(jī)物同分異構(gòu)體的快速書寫

同分異構(gòu)體有碳鏈異構(gòu)、官能團(tuán)的位置異構(gòu)、官能團(tuán)種類異構(gòu)、順反異構(gòu)和對映異構(gòu)(不要求)?，F(xiàn)在考查最多的是原子團(tuán)的變化與原子的插入和環(huán)狀、鏈狀、雙鍵的相互轉(zhuǎn)化等。

問題1：NH2—CH2—COOH與CH3CH2NO2為什么是同分異構(gòu)體？

一般回答是分子式相同而結(jié)構(gòu)不同，實際上可以從另一個角度分析結(jié)構(gòu)，—COOH含有一個雙鍵，同樣—NO2也含有一個雙鍵(見后面硝酸分子結(jié)構(gòu))，兩個官能團(tuán)的不飽和程度是一樣的。由此可以快速判斷以下有機(jī)物A、B、C是否為同分異構(gòu)體：

A B C

除苯環(huán)外有機(jī)物A、C中側(cè)鏈的—NO2、—CHO存在雙鍵，而B的側(cè)鏈?zhǔn)秋柡偷?，由此可快速判?B不是A的同分異構(gòu)體，C是A的同分異構(gòu)體，不用數(shù)H原子數(shù)。

問題2：CH3COOH有多少種同分異構(gòu)體？寫出所有結(jié)構(gòu)簡式。

(1)遇FeCl3溶液呈紫色；

(2)核磁共振氫譜表明分子中有4種氫原子。

【參考答案】

【解題策略】快速書寫同分異構(gòu)體的思想方法歸納如下：

(1)數(shù)出碳碳雙鍵個數(shù)，注意碳碳雙鍵及環(huán)狀的轉(zhuǎn)化；

(2)按信息要求確定各種基團(tuán)或基本框架；

(3)具有對稱的思想，符合H原子的不同環(huán)境；

(4)清晰基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，清晰其飽和性，如：

(注：→表示配位鍵，可理解為單鍵)

二、基團(tuán)快速定位的思想

這里基團(tuán)定位思想包括兩層意思：

一是指分子中基團(tuán)取代位置的定位反應(yīng)思想。例如：苯環(huán)上的定位反應(yīng)，教材上有隱含定位反應(yīng)的思想，苯環(huán)上的第二取代基的位置受已存在基團(tuán)的影響。反應(yīng)方程式有：

Br2和溴苯發(fā)生取代反應(yīng)時，在鄰位或?qū)ξ簧先〈?，間位取代幾乎很少。

HNO3和硝基苯發(fā)生取代反應(yīng)時，在間位上取代，鄰對位取代幾乎很少。

苯酚縮聚在鄰位上(在對位上也有縮聚反應(yīng)，因反應(yīng)條件不同而不同)。

硝酸取代甲苯為鄰對位上的三取代反應(yīng)。

上述有機(jī)反應(yīng)都是重要的定位反應(yīng)，有些是鄰對位取代，有些是間位取代，是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的重要規(guī)律，體現(xiàn)定位反應(yīng)思想和基團(tuán)相互影響的學(xué)科思想。

二是指快速判斷流程圖中的定位反應(yīng)歷程，推導(dǎo)未知物的結(jié)構(gòu)簡式。

【例題2】(改編題)某研究小組按下列路線合成藥物胃復(fù)安：

請回答：

(1)寫出化合物A的結(jié)構(gòu)簡式：________。

(2)設(shè)計化合物C經(jīng)兩步反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镈的合成路線： (用流程圖表示)。

浙江省的有機(jī)題的合成路線以分子式為主，增加了有機(jī)推斷的難度，一定要用快速定位的思想方法才能順利推導(dǎo)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。

(2)C→D的轉(zhuǎn)化中，C分子中的—OH變?yōu)椤狾CH3可通過已知信息實現(xiàn)，D引入了—Cl可根據(jù)已學(xué)知識解決，由于這里的定位反應(yīng)順序要求過高，兩基團(tuán)的引入可不考慮順序。

(3)這個流程設(shè)計涉及甲苯，先氧化還是先取代的定位反應(yīng)，還涉及基團(tuán)保護(hù)等學(xué)科思想。甲苯應(yīng)先被硝基取代再被氧化，若先氧化甲苯，再取代硝基就會在間位取代，本題還涉及還原反應(yīng)和基團(tuán)保護(hù)，合成路線參考如下：

【參考答案】

三、分子對稱的思想

從分子內(nèi)部原子的相互作用，排斥力達(dá)到最小且平衡時分子最穩(wěn)定可知對稱性是分子穩(wěn)定性的一種方式。

結(jié)構(gòu)如下：

四面體結(jié)構(gòu) 平面結(jié)構(gòu) 直線結(jié)構(gòu) 平面結(jié)構(gòu)

當(dāng)乙烷四面體去掉2個H原子后，到乙烯的平面結(jié)構(gòu)受力最平衡，再去掉2個H原子后，變成直線結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定(也可用雜化理論解釋)。原子間的相互作用，使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，得到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，這是排斥力達(dá)到最小的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，也是體現(xiàn)了高度對稱性導(dǎo)致分子穩(wěn)定性增強(qiáng)的規(guī)律。

對稱思想用于理解和解題時很有幫助，當(dāng)分子的碳原子較多的時候，應(yīng)具有高度對稱的思想，否則會復(fù)雜而沒頭緒，對稱思想可運用在有機(jī)物結(jié)構(gòu)推斷和前面提到的同分異構(gòu)體的書寫中。

【例題3】(改編題)化合物X是一種環(huán)境激素，存在如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：

化合物A能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，分子中含有兩個化學(xué)環(huán)境完全相同的甲基，其苯環(huán)上的一硝基取代物只有兩種。核磁共振氫譜顯示化合物G的所有氫原子化學(xué)環(huán)境相同。F是一種可用于制備隱形眼鏡的高聚物。

根據(jù)以上信息回答下列問題。

(1)下列敘述正確的是________。

A．化合物A分子中含有聯(lián)苯結(jié)構(gòu)單元

B．化合物A可以和NaHCO3溶液反應(yīng)，放出CO2氣體

C．X與NaOH溶液反應(yīng)，理論上1 mol X最多消耗6 mol NaOH

D．化合物D能與Br2發(fā)生加成反應(yīng)

(2)化合物C的結(jié)構(gòu)簡式是________，A→C的反應(yīng)類型是________。

(3)寫出同時滿足下列條件的D的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式：________。

a .屬于酯類 b．能發(fā)生銀鏡反應(yīng)

(4)寫出B→G反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________。

(5)寫出E→F反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________。

(6)采用丙烷和苯為原料制備有機(jī)物A(C15H16O2)，請設(shè)計該合成路線(用流程圖表示)。

【分析】整個流程均以分子式出現(xiàn)無結(jié)構(gòu)簡式，是高考多年來最難的有機(jī)題，推導(dǎo)流程中分子式多且相對分子質(zhì)量大是浙江省高考有機(jī)的特色，題給信息也很少，對不熟悉教材、又不具備高度對稱思想的學(xué)生來說，解此題會無從下手。

化合物A無聯(lián)苯結(jié)構(gòu)單元，是多苯代脂烴的結(jié)構(gòu)單元，酚酸性比H2CO3弱，A不能與NaHCO3溶液反應(yīng)，B生成D為消去反應(yīng)，D含有碳碳雙鍵能與Br2發(fā)生加成反應(yīng)，D生成E為酯化反應(yīng)，E生成F為加聚反應(yīng)。

雙酚A就是一種高度對稱的分子，挖掘教材可得制備的化學(xué)方程式如下：

所以以丙烷制備丙酮，以苯制備苯酚再合成，流程見參考答案。

【參考答案】

(1)C、D

【點評】本題充分體現(xiàn)了浙江特色，以分子式為主的推導(dǎo)題，體現(xiàn)高度對稱的思想，在平時教學(xué)過程中應(yīng)充分挖掘教材的內(nèi)容，教材中有關(guān)用丙酮與苯酚制備雙酚A的描述，充分體現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)的綜合性。本題還考查了基本概念聯(lián)苯的結(jié)構(gòu)、水解反應(yīng)、苯環(huán)上的定位取代反應(yīng)、酯化生成環(huán)的反應(yīng)、加聚反應(yīng)、有條件限制的同分異構(gòu)體的書寫等，把有機(jī)化學(xué)的推導(dǎo)題考查推向了最高境界。