新型食品防腐劑：尼泊金甲酯

陳斯林

【中圖分類號】H319 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）27-0097-02

一、設(shè)計(jì)思想與教學(xué)目標(biāo)

烴的衍生物內(nèi)容是高中有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)中重要的組成部分，本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是拋開常規(guī)教學(xué)設(shè)計(jì)中的傳統(tǒng)思想和固有模式的束縛，利用新型食品防腐劑尼泊金甲酯為素材，從關(guān)注實(shí)際生活中的化學(xué)物質(zhì)出發(fā)創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生對生活中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行探究的興趣和愿望，不斷引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識分析、解釋實(shí)際現(xiàn)象，進(jìn)而解決生活、社會中的實(shí)際問題，通過學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)化學(xué)的意義和樂趣，體現(xiàn)科學(xué)服務(wù)于社會和生活的理念，最終達(dá)成“從生活走向化學(xué)，從化學(xué)走向社會”的目標(biāo)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)及過程

【引入】有機(jī)化合物已經(jīng)進(jìn)入我們生活的方方面面，涉及到衣食住行等，甚至在食品添加劑中也存在一些重要的有機(jī)化合物，尼泊金甲酯就是一種重要的新型防腐劑（如圖1）。尼泊金甲酯究竟有怎樣的性質(zhì)呢？我們一起來進(jìn)一步了解其主要性質(zhì)。我們在學(xué)習(xí)過有機(jī)化合物時知道，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，因此我們首先需要了解其結(jié)構(gòu)。

【回顧】科學(xué)家研究有機(jī)物的結(jié)構(gòu)有哪些方法呢？

【學(xué)生】常用的方法有1H核磁共振和紅外光譜等方法。

【教師】其實(shí)在日常生活中我們需要了解一種防腐劑的結(jié)構(gòu)時，可以借助網(wǎng)絡(luò)查詢其結(jié)構(gòu)，如我們可以利用百度百科查詢尼泊金甲酯的結(jié)構(gòu)。

【情景設(shè)置】有時候我們會遇到網(wǎng)絡(luò)不給力情況，尼泊金甲酯的結(jié)構(gòu)無法顯示（如圖2）。那我們能否利用已知的信息來推導(dǎo)其結(jié)構(gòu)呢？

（設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生熟悉的百度百科資料入手，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生探究欲望，從而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析處理素材，尋找線索解決問題。）

【教師】你從網(wǎng)頁中得到哪些有用信息？

【學(xué)生】分子式為C8H8O3，名稱中可知屬于某酸甲酯，即其結(jié)構(gòu)可表示為RCOOCH3。

【教師】能推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)簡式嗎？

【學(xué)生】按照上述信息可知，-R為C6H5O-，還無法推導(dǎo)其結(jié)構(gòu)簡式。

【教師】根據(jù)分子式推測結(jié)構(gòu)簡式，通常還需要什么信息？

【學(xué)生】1H核磁共振譜、紅外光譜圖等。

【教師】現(xiàn)在為大家提供其1H核磁共振譜和紅外光譜圖（如圖3），請大家分析其結(jié)構(gòu)。

圖3 1H核磁共振譜和紅外光譜圖

【問題1】你能根據(jù)所給信息寫出尼泊金甲酯的結(jié)構(gòu)簡式嗎？

【學(xué)生】根據(jù)1H核磁共振譜可知有4種化學(xué)環(huán)境的氫原子，且個數(shù)之比為3：2：2：1，再結(jié)合紅外光譜圖可知含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，含有O-H鍵等，故可知其結(jié)構(gòu)簡式為：。

（設(shè)計(jì)意圖：利用問題探究復(fù)習(xí)研究有機(jī)物常用的方法，同時利用素材分析，學(xué)會推導(dǎo)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而書寫有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)簡式。）

【教師】根據(jù)其結(jié)構(gòu)可知，其化學(xué)名稱為對羥基苯甲酸甲酯。（如圖4）

【問題2】根據(jù)尼泊金甲酯的結(jié)構(gòu)簡式，判斷其含有哪些官能團(tuán)？有哪些主要化學(xué)性質(zhì)？

【學(xué)生】從結(jié)構(gòu)簡式可知，含有酚羥基和酯基，具有酚類物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)，如能與濃溴水反應(yīng)，遇FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)等，同時具有酯類的性質(zhì)，如能發(fā)生水解等。

【練習(xí)1】請寫出下列反應(yīng)的方程式。

（1）與濃溴水的反應(yīng)；

（2）與NaOH溶液的反應(yīng)。

【學(xué)生】書寫相關(guān)化學(xué)方程式。

（設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)推導(dǎo)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡式，判斷官能團(tuán)，并復(fù)習(xí)常見官能團(tuán)的主要性質(zhì)及應(yīng)用。）

【教師】通過以上的學(xué)習(xí)，我們學(xué)會利用有關(guān)信息來推導(dǎo)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。為什么前面的信息中提供了尼泊金甲酯的分子式，我們無法得出其結(jié)構(gòu)簡式呢？

【學(xué)生】有機(jī)化合物存在同分異構(gòu)現(xiàn)象。

【教師】符合尼泊金甲酯分子式的有機(jī)化合物還有很多，下面我們根據(jù)相關(guān)的信息提示書寫滿足一定條件的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。

【問題3】請寫出滿足下列條件的尼泊金甲酯同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。

（1）苯環(huán)上只含有1個取代基，能與NaHCO3溶液反應(yīng)放CO2，能與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)。

【學(xué)生】苯環(huán)上只含有1個取代基，故取代基為-C2H3O3，能與NaHCO3溶液反應(yīng)放CO2說明含有羧基（-COOH），能與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)，則含有羥基（-OH），故其結(jié)構(gòu)簡式為：。

【教師】該物質(zhì)為扁桃酸，又稱苦杏仁酸，常用作醫(yī)藥原料及中間體、染料中間體等。

【思考】根據(jù)扁桃酸的結(jié)構(gòu)判斷其有哪些主要的化學(xué)性質(zhì)？

【學(xué)生】扁桃酸結(jié)構(gòu)中含有羧基和羥基，具有羧酸及醇的有關(guān)性質(zhì)。

【練習(xí)2】請寫出扁桃酸縮聚反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生】寫出相關(guān)化學(xué)方程式。

（設(shè)計(jì)意圖：書寫給定條件的同分異構(gòu)體，利用結(jié)構(gòu)及主要性質(zhì)特點(diǎn)判斷結(jié)構(gòu)簡式，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)判斷主要性質(zhì)，復(fù)習(xí)縮聚反應(yīng)的機(jī)理及有關(guān)方程式書寫練習(xí)。）

【教師】如果改變限定條件，請寫出滿足下列條件的尼泊金甲酯同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。

（2）①苯環(huán)上有3個取代基；

②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)、遇FeCl3溶液顯紫色，但不能發(fā)生水解反應(yīng)；

③1mol該物質(zhì)能與Na反應(yīng)產(chǎn)生11.2L（標(biāo)況）H2。（任寫一種）

【學(xué)生】根據(jù)提示性質(zhì)可知，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，則結(jié)構(gòu)中含有醛基（-CHO）或甲酸酯結(jié)構(gòu)，遇FeCl3溶液顯紫色則結(jié)構(gòu)中含有酚羥基，不能發(fā)生水解，根據(jù)結(jié)構(gòu)可知不含有酯基，故不存在甲酸酯結(jié)構(gòu)。根據(jù)分子式可知，苯環(huán)上的兩個取代基為-CHO、-OH，則第三個取代基為-CH3O，可能是醚類或醇結(jié)構(gòu)。根據(jù)信息③可知，1mol該物質(zhì)能與Na反應(yīng)產(chǎn)生11.2L（標(biāo)況）H2，說明只含有一個羥基，故第三個取代基為醚的結(jié)構(gòu)，即其結(jié)構(gòu)簡式為：（三個取代基的位置可以變化）。

【教師】剛剛書寫的這種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，也是非常重要的食品添加劑香蘭素。利用百度百科可了解其有關(guān)信息。

圖5 香蘭素資料卡

【練習(xí)3】關(guān)于香蘭素下列推測正確的是（ ）

A.該物質(zhì)能發(fā)生銀鏡反應(yīng)

B.從分子結(jié)構(gòu)上看，它應(yīng)該屬于芳香烴

C.1mol該物質(zhì)最多能與3molH2發(fā)生加成反應(yīng)

D.1個分子內(nèi)含有1個碳氧雙鍵、3個碳碳雙鍵

（設(shè)計(jì)意圖：通過物質(zhì)性質(zhì)及定量計(jì)算判斷同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式，并利用有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析判斷其有關(guān)化學(xué)性質(zhì)。）

【教師】通過以上的復(fù)習(xí)，我們學(xué)會了利用給定信息書寫符合一定條件的同分異構(gòu)體的方法，也了解了一些重要的有機(jī)化合物在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，在實(shí)際生產(chǎn)中還需要掌握一些重要有機(jī)化合物的制備。

【工業(yè)制備】工業(yè)上用甲苯生產(chǎn)對羥基苯甲酸甲酯，其生產(chǎn)過程如下（反應(yīng)條件及某些反應(yīng)物、產(chǎn)物未注明）

【教師】我們首先看前兩步，即A→B→C的過程，思考下列問題。

【思考1】根據(jù)所學(xué)知識，判斷反應(yīng)①的試劑和條件是（ ）

a.氯氣、光照 b.液溴、催化劑

【學(xué)生】比較A和C的結(jié)構(gòu)簡式可知，在甲基的對位上引入羥基，故反應(yīng)①是苯環(huán)上的氫原子被鹵素取代，因此符合條件的是b。

【教師】如果條件為Cl2、光照，則反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)如何？

【學(xué)生】光照時發(fā)生側(cè)鏈烷烴基上的取代反應(yīng)。

【教師】在有機(jī)合成過程中?？衫梅磻?yīng)前后物質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異，來判斷反應(yīng)情況。那B的結(jié)構(gòu)簡式呢？

【學(xué)生】B的結(jié)構(gòu)是對溴甲苯。

【教師】利用此方法，結(jié)合后面的流程圖，判斷F的結(jié)構(gòu)簡式。

【學(xué)生】比較E和G的結(jié)構(gòu)可知-COOH轉(zhuǎn)化為酯基，根據(jù)反應(yīng)條件可知，是第⑤步與CH3OH酯化的結(jié)構(gòu)。因此F的結(jié)構(gòu)簡式為：。

【思考2】在合成路線中屬于取代反應(yīng)的有哪些？

【學(xué)生】比較各步反應(yīng)前后的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，反應(yīng)①②③⑤⑥屬于取代反應(yīng)。

【思考3】在合成路線中設(shè)計(jì)反應(yīng)③和⑥的目的？

【學(xué)生】反應(yīng)③將酚羥基-OH轉(zhuǎn)化為甲氧基-OCH3，反應(yīng)⑥再將甲氧基-OCH3轉(zhuǎn)化為酚羥基-OH。反應(yīng)④將甲基氧化為羧基，而酚羥基也易被氧化，故設(shè)計(jì)反應(yīng)③和⑥的目的是保護(hù)酚羥基，防止被氧化。

【練習(xí)4】請完成由CH2=CHCH2Br制備CH2=CHCOOH的流程圖。

【學(xué)生】通過比較原料與合成物質(zhì)可知，將-CH2Br轉(zhuǎn)化為-COOH即可，根據(jù)所學(xué)知識可知，先將-Br水解為-OH，再進(jìn)一步氧化為-CHO、-COOH即可。但在羥基氧化時要防止碳碳雙鍵被氧化。

【學(xué)生活動】完成合成流程圖。

【教師】點(diǎn)評學(xué)生書寫的流程圖。某學(xué)生設(shè)計(jì)如下過程，請分析反應(yīng)②和⑤的目的是什么？

【學(xué)生】保護(hù)碳碳雙鍵，防止被氧化。

（設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合物質(zhì)合成與制備，復(fù)習(xí)有關(guān)反應(yīng)條件、常見反應(yīng)類型的判斷、結(jié)構(gòu)簡式的書寫，以及有機(jī)合成中反應(yīng)的先后問題及官能團(tuán)的保護(hù)等。）

參考文獻(xiàn)：

[1]耿莉莉，吳俊明.深化對情境的認(rèn)識，改進(jìn)化學(xué)情境教學(xué)[J].課程·教學(xué)·教法，2004，（3）

[2]李慧娟.從生活中感悟化學(xué)——“二氧化硫的性質(zhì)”教學(xué)設(shè)計(jì)[J]中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與案例

[3]朱壽根.新高考：理科版，New University Entrance Examination，2006，001