“波譜分析”課程教學方法分析與實踐

劉世娟

(吉林師范大學 化學學院，吉林 四平 136000)

1 “波譜分析”課程概況

波譜分析是有機化合物結(jié)構(gòu)確定的最常用的方法之一，它對有機化學、生物化學、藥物化學、醫(yī)學等學科的發(fā)展都起著積極的推動作用.因此，波譜分析課程被高?；瘜W及相關(guān)專業(yè)設置為專業(yè)課，成為將來從事化學與相關(guān)工作或進一步深造的大學生必修的一門重要課程.本課程的主要任務是系統(tǒng)的學習紫外光譜、紅外光譜、核磁共振和質(zhì)譜的基本概念、基本原理、解析方法以及四大譜在結(jié)構(gòu)分析中的綜合應用.讓學生全面系統(tǒng)掌握各種波譜產(chǎn)生的原理、譜圖與化合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系、譜圖的解析和應用方法，培養(yǎng)學生在學習和實驗中解決實際問題的能力.

2 “波譜分析”課程特點分析

(1)高校和科研院所之所以設置波譜分析課程，是源于波譜分析方法的優(yōu)勢.有機化合物，不論是從天然產(chǎn)物中提取的還是通過合成得到的，都需要測定它的分子結(jié)構(gòu)，也就是確定得到的產(chǎn)品是否是我們想要的物質(zhì).如對其結(jié)構(gòu)不了解，就很難深入研究其性質(zhì)、應用等，因此，確定有機化合物的結(jié)構(gòu)是有機化學研究者需要首先解決的問題.過去用物理或化學方法測定化合物的結(jié)構(gòu)，但是物理量測定需要樣品量大；對于結(jié)構(gòu)相似的異構(gòu)體難以分析；化學方法分析結(jié)構(gòu)操作較復雜，不易進行，而且有時破壞分析的物質(zhì).隨著科學技術(shù)的發(fā)展、儀器的普及，有機化合物的分析方法也從傳統(tǒng)的物理、化學方法轉(zhuǎn)變?yōu)閮x器分析方法為主.在儀器分析方法中，波譜分析已成為最普及、最可靠、最有效的手段.首先，獲得的數(shù)據(jù)可靠，且比經(jīng)典的化學方法快得多；其次，樣品用量少，一般只需要幾微克到20毫克.除質(zhì)譜以外大多能回收；最后，不改變混合體系的組成就能分析，對互變異構(gòu)和構(gòu)象等的研究比化學法更可靠.

(2)波譜分析課程在整個課程體系中占據(jù)重要地位，發(fā)揮著重大的作用.在專業(yè)課中，例如，有機化學的學習，在介紹一類有機化合物時，常常介紹它的官能團譜圖數(shù)據(jù)，如我們掌握波譜分析這門課就能很好的理解掌握這些有機化合物，也有助于分析類似的化合物.再如，因為芳香性化合物中的質(zhì)子具有特定范圍的化學位移，所以可用波譜分析課程中的氫核磁共振譜圖判斷其芳香性.在實驗課中，學習波譜分析這門課后，學生對合成的產(chǎn)品就能通過譜圖進行鑒別和分析，能夠快速、準確地推斷其結(jié)構(gòu).當今，科學迅速發(fā)展，各學科有相互交叉和滲透，波譜分析所涉及的領(lǐng)域在不斷增加，化學、醫(yī)學、藥學、生物學、材料、環(huán)境等領(lǐng)域工作者都需要用到波譜分析.波譜分析課程傳授的是現(xiàn)代化知識，為培養(yǎng)合格的現(xiàn)代化專業(yè)人才提供服務.通過波譜分析這門課的學習，使學生能夠運用波譜法對有機化合物進行結(jié)構(gòu)分析，提高學生在學習和實際科研中分析、解析圖譜的能力，為后續(xù)課程、畢業(yè)論文及以后的工作和深造奠定良好的基礎(chǔ).

3 波譜分析課程教學方法與實踐探索

根據(jù)教育部提出的“加強基礎(chǔ)、淡化專業(yè)、面向未來”的教改指導思想，現(xiàn)在大學生開設的課程較以前多，每門課程的學時較以前少，在有限的課時里根本就沒有辦法涵蓋原來的教學內(nèi)容，所以在教學過程中需改革教學方法和教學模式.波譜分析課內(nèi)容多而雜，但課時少，學生學習熱情不高，大多數(shù)學生對這門課的學習都感覺有一定的難度.近幾年，一些教師對波譜分析課程進行了教學改革，并提出了許多建議[1-3].為了讓學生掌握有機化合物波譜分析這門課，提高學生識圖、解圖的能力.教師應在教學過程中，探索如何在有限的課時里完善教學內(nèi)容，提高教學質(zhì)量，使學生更好的掌握這門課.我們主要通過以下幾方面來提高學生學習的積極性.

(1)有側(cè)重點講解.傳統(tǒng)的波譜分析講授方法是教師理論講授的較多，應用講解的較少，具體的譜圖例子更少.波譜分析這門課理論性和實踐性都很強，如都系統(tǒng)深入講解，對于選修課來說不太實際，不如有針對性講解.大部分學生今后主要是應用譜圖來分析有機化合物，所以可以重點講解它的應用.對于有機化合物來說分析其結(jié)構(gòu)重點是分子中的原子連接的方式和順序，即有機化合物中的官能團及所處的化學環(huán)境，所以我們重點研究波譜分析里的紅外譜圖和核磁譜圖，其次是質(zhì)譜，紫外譜圖簡單介紹.

(2)啟發(fā)式教學，以學生為主體.教學的目的是學生的學.教師可以從學生所了解和熟悉的興趣出發(fā)，引導學生，使學生愿意自己去學，去記憶和總結(jié).所以，在講課過程中“以教師為引導，學生為主體”，用具體的譜圖，讓學生自己通過各譜圖的出峰位置和峰形，理解記憶各種譜圖的原理、譜圖數(shù)據(jù)，從而分析可能含有的官能團及結(jié)構(gòu)，進而推導化合物的具體結(jié)構(gòu).過程中教師對其進行補充和總結(jié).例如《有機化學》[4]中第八章課后19題的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)推斷，可以讓學生根據(jù)有機化學的知識先推斷一下其反應歷程，其反應歷程可能為：

圖1 1，2，3，4-四甲基-3，4二氯環(huán)丁烯在SbF5后和SO2中的反應方程

然后通過給出的氫核磁數(shù)據(jù)進一步驗證其推斷的正確性：在化合物I中與雙鍵相連的兩個甲基氫是相同的，與飽和碳相連的兩個甲基氫相同，所以出現(xiàn)兩個單峰，其化學位移分別為2.6ppm和1.5ppm；在化合物II中由于p-π共軛效應，正電荷得到分散，分布在三個碳原子上，但兩端碳上帶的正電荷多些，所以與其相連的甲基化學位移為δ2.65，中間甲基化學位移為δ2.20ppm；在化合物III中由于形成一個大的共軛體系，體系具有芳香性，所以四個甲基的化學環(huán)境相同，且移向低場.反之，也可以通過給出的反應物、中間體和產(chǎn)物的氫核磁譜圖數(shù)據(jù)推斷各化合物的結(jié)構(gòu)，從而推斷出其反應機理.

(3) 多媒體的應用.隨著課時的縮減和計算機信息技術(shù)的發(fā)展，多媒體輔助教學已成為目前課堂的最主要教學方法和模式之一.多媒體教學可以在有限的學時里給學生更多的知識量，但是有時讓學生摸不著側(cè)重點，所以對于重點的內(nèi)容仍以板書為主，多媒體為輔，采用兩種相結(jié)合的方法.多媒體教學的最主要優(yōu)點是能夠?qū)⒆V圖、文字、聲音、動畫集于一體，增強學生的感性認識，使抽象的教學內(nèi)容變得豐富和生動起來，提高他們的學習積極性，使學生在學習的知識點上可以更形象的理解和記憶.例如IR中各官能團的位置和峰形的總結(jié)可以放在一張譜圖中，通過動畫形式將譜圖、文字和聲音表現(xiàn)出來，使學生能很好地理解記憶所學的知識.

圖2 紅外譜圖中各官能團的位置和峰形的總結(jié)

(4) 科研實例的引入.因為學生學習這門課主要是為以后從事此方面的工作打下基礎(chǔ)，大部分學生是在以后的科研中應用較多，所以這門課的主要目的是提高學生識譜、解譜技能.波譜分析主要是對新合成的有機化合物的結(jié)構(gòu)進行推斷，所以在波譜分析中可以結(jié)合當前研究的熱點化合物、有機化學中所學的化合物和學生有機化學實驗課做的化合物進行譜圖分析，這樣更易引起學生學習的興趣.例如在有機化學實驗中學習的乙酰苯胺的制備，得到的產(chǎn)品可以通過熔點和IR進行表征.

圖3 乙酰苯胺的紅外光譜圖

通過乙酰苯胺的紅外譜圖可以看到：在3400cm-1的峰為N-H伸縮振動吸收峰，1680 cm-1為C=O的伸縮振動吸收峰，1600～1450 cm-1為苯環(huán)骨架振動吸收峰，1400～1300 cm-1為C-N骨架振動吸收峰，760 cm-1和700 cm-1為苯環(huán)一取代吸收峰.在課程中加入學生了解的科研實例使學生增強感性認識，掌握解析各類化合物譜圖的基本特征，使學生所學知識得以鞏固.

波譜分析是一門理論與實用性都較強的課程.我們希望通過對波譜分析課程教學內(nèi)容以及教學方法的一些適當調(diào)整，使學生更好地掌握波譜分析這門課，提高他們識圖、解圖能力.我們在課程教學過程中采用上述教學方法，對于提高學生的綜合解析能力具有一定的成效.近年來，波譜分析的教學內(nèi)容和教學方法在不斷地更新和改革，如何豐富教學手段，提高教學效果，值得進一步深入研究和探討.

參考文獻：

[1]曹書霞， 廖新成.波譜分析課程教學的實踐與思考[J].大學化學，2010， 25(5): 36-38.

[2]王多志.淺談“有機波譜分析”課程教學的幾點體會[J].中國電力教育，2011，11(234)，81-82.

[3]陳廣通， 汪冬庚， 王新楊.有機化合物波譜分析課程教學方法探討[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生， 2010， 26 (14): 2234-2235.

[4]李景寧. 有機化學[M]. 第五版.北京：高等教育出版社，2011.