以蘋果為主線構(gòu)建有機化學復(fù)習

吳志勇++楊廣斌

摘要：在有機化學基礎(chǔ)高三復(fù)習課中，以蘋果為主線組織教學內(nèi)容，蘋果酸結(jié)構(gòu)的推斷復(fù)習有機化合物官能團的性質(zhì)與有機化合物的推斷；蘋果的變色問題復(fù)習酚類物質(zhì)的性質(zhì)及氧化反應(yīng)；蘋果型香味劑的合成復(fù)習有機化合物的合成與提純。文章用具體的實例來拓展和深化學生對有機化學的認識，勾連有機化學與生活的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：蘋果；有機化學；蘋果酸；酚類；有機合成

文章編號：1008-0546（2017）07-0059-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.017

一、一個蘋果中的有機化學

有機化學是高中化學的重要組成部分，且其在浙江省高考中占有很高的分值?？疾榈穆淠_點多是官能團的性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，有機物結(jié)構(gòu)簡式的推斷，有機物的合成與分離。有機化學結(jié)構(gòu)種類多而復(fù)雜，性質(zhì)各有不同，要想扎實掌握高中有機化學知識，就要將高中有機化學主干知識通過一條主鏈串聯(lián)起來，由點及面，最后形成立體而全面的知識網(wǎng)絡(luò)。

蘋果是我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅３Ｒ姷乃?，具有豐富的營養(yǎng)價值，深受人們的喜愛。同時蘋果與有機化學的聯(lián)系也非常緊密。蘋果果皮的果蠟，就是一種烴類物質(zhì)。蘋果的果肉中含有豐富的糖類物質(zhì)，如淀粉纖維素等多糖物質(zhì)、葡萄糖等單糖物質(zhì)。成熟蘋果的獨特香氣以酯類和某些醇類物質(zhì)等揮發(fā)性物質(zhì)為主。切開的蘋果顏色褐變的原因與有酚類物質(zhì)的氧化有關(guān)。未成熟的蘋果的酸味主要由蘋果酸等酸類物質(zhì)引起。此外蘋果中還含有少量的氨基酸成分。蘋果中的有機物幾乎涵蓋了高中有機化學所有物質(zhì)種類。

有機化學知識與社會生產(chǎn)生活實際結(jié)合緊密，對高三有機化學教學設(shè)計中應(yīng)注重化學關(guān)聯(lián)生活，突出生活中的化學素材在化學教學中的理解、融合和勾連作用。挖掘蘋果中的有機化學教學素材，重視與學生生活情境相結(jié)合。對各類有機物進行串聯(lián)復(fù)習，增強學生的主動參與性和探究興趣?；瘜W關(guān)聯(lián)生活，拓展和深化學生對有機化學的認識，形成有機化合物的轉(zhuǎn)化與合成的核心素養(yǎng)。素養(yǎng)一旦養(yǎng)成，就會伴隨學生終身。若干年后，學生可能會忘記有機化學的具體知識，但是如果學生看到蘋果，就會聯(lián)想曾經(jīng)學生時代所學的有機化學相關(guān)知識，是對核心素養(yǎng)教學最好的褒獎。

二、教學設(shè)計

1. 有機化合物結(jié)構(gòu)簡式的推斷——蘋果酸結(jié)構(gòu)簡式的推斷

某有機化合物A廣泛存在于多種水果中，經(jīng)測定，A的相對分子質(zhì)量為134，A僅含碳、氫、氧三種元素，且分子中沒有甲基。A既可以與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)，又可以與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)，且測得A與乙醇完全酯化所得有機產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量為190。試推斷A的分子式與結(jié)構(gòu)簡式。

設(shè)計意圖：未成熟的蘋果中的酸味主要由蘋果酸引起，蘋果酸對蘋果的口味有著重要的影響，由于蘋果酸的存在，使得蘋果具有甜中帶酸的獨特口感。市場中也有各種蘋果醋飲料，因此蘋果酸在生活中較為常見。通過對蘋果酸結(jié)構(gòu)簡式推斷，讓學生感悟官能團性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，掌握有機化合物結(jié)構(gòu)推斷的一般方法。

2. 有機化學實驗探究——蘋果褐變的原因探究

切開的蘋果過一段時間后顏色會由白色變成淺黃色，最終變成褐色（食品科學上通常稱為“褐變”現(xiàn)象）。引起蘋果褐變的原因有多種觀點[1]。

觀點1：蘋果中的亞鐵離子被空氣中的氧氣氧化成鐵離子而成黃色。

觀點2：蘋果中含有氧化酵素和酚類物質(zhì)，切開后酚類物質(zhì)與空氣中的氧氣接觸，在氧化酵素的催化作用下，酚類物質(zhì)被氧化成黃色的醌類物質(zhì)，生成的醌類物質(zhì)被繼續(xù)氧化并聚合為褐色物質(zhì)。本課教學設(shè)計主要對觀點2進行實驗驗證。具體實驗設(shè)計如下：

（1）將剛剛切開或削皮的蘋果立即放入熱水中（90～95℃）3～5min后取出，觀察現(xiàn)象。相當長一段時間內(nèi)無明顯變化。

（2）將剛剛切開或削皮的蘋果表面立即分別滴加少量0.1mol/L的鹽酸和0.1mol/L的氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。相當長一段時間內(nèi)無明顯變化。

（3）將剛剛切開或削皮的蘋果表面立即分別滴加少量的食用白醋（pH=6）與小蘇打溶液（pH=8），觀察現(xiàn)象。很快蘋果發(fā)生褐變現(xiàn)象。

（4）將剛剛切開或削皮的蘋果表面立即分別滴加Vc溶液和Na2SO3溶液，觀察現(xiàn)象。相當長一段時間內(nèi)無明顯變化。

實驗結(jié)論：蘋果褐變的速率受酚氧化酵素的活性及含量、酚類物質(zhì)的含量、接觸氧氣的濃度等幾個因素的影響。所以使用酵素抑制劑（如檸檬酸、蘋果酸等）、使用防止酚類物質(zhì)被氧化的強還原劑物質(zhì)（如Vc溶液、Na2SO3溶液等）、將蘋果切片與空氣隔絕（如浸泡于冷開水、鹽水或用保鮮膜包起來等），都可以防止或延緩蘋果的褐變。

設(shè)計意圖：由于《有機化學基礎(chǔ)》主要是陳述性知識，不利學生理解和記憶。在教學設(shè)計中應(yīng)重視引導學生進行交流討論，通過蘋果變色原因的交流與討論使學生掌握氧化、還原等基本的有機反應(yīng)類型。同時應(yīng)重視探究實驗，引導學生設(shè)計實驗，組織實驗和對實驗結(jié)論進行科學判斷，提高學生的有機化學核心素養(yǎng)。

3. 有機化學合成——乙酸己酯的合成

蘋果有獨特的香味，未成熟蘋果無香氣，果實的揮發(fā)性物質(zhì)以己醛、2-己烯醛等為主；成熟蘋果有香氣，果實的揮發(fā)性物質(zhì)以酯類和某些醇類物質(zhì)為主。蘋果中的酯類物質(zhì)種類繁多，其中富士蘋果主要香氣成分以乙酸己酯為最多[2]。乙酸己酯合成實驗設(shè)計如下[3]：

將8.0mL己醇和9.6mL冰醋酸加入到干燥的100mL圓底燒瓶中，搖動下慢慢加入2mL濃硫酸，充分混合均勻，加入沸石，裝上回流冷凝管，在石棉網(wǎng)上小火加熱回流，保持狀態(tài)1h。反應(yīng)完全后，稍冷后拆除回流裝置。 將燒瓶中的反應(yīng)液倒入分液漏斗，用20mL冷水分幾次淋洗燒瓶內(nèi)壁，洗滌液并入分液漏斗。充分振蕩，靜置，待分液清晰后，分去下層水溶液。用10mL5%碳酸氫鈉水溶液洗滌，靜置后分去下層水溶液。再用10mL5%碳酸氫鈉水溶液洗滌一次，至水溶液對pH試紙呈堿性為止。然后酯層用7mL飽和氯化鈉溶液洗滌一次，分出水層。酯層轉(zhuǎn)入錐形瓶中。加入1g無水硫酸鎂干燥。 過濾除去干燥劑，將濾液濾入普通蒸餾裝置，加入沸石后加熱蒸餾，用干燥的量筒收集138～142℃餾分，量取體積，計算產(chǎn)率。

思考：

（1） 酯層用10mL5%碳酸氫鈉水溶液洗滌所除去的物質(zhì)。

（2）酯層用7mL飽和氯化鈉溶液洗滌所除去的物質(zhì)。

（3）用無水硫酸鎂干燥酯層的原因。

設(shè)計意圖：有機合成是有機化學的主要組成部分之一，且在浙江省化學選考中占較大分值，考查的知識點主要是有機藥物及有機藥物中間體的合成。乙酸乙酯的合成也是陌生有機物的合成，與有機藥物的合成有相通之處。同時，乙酸己酯合成實驗設(shè)計是對課本中乙酸乙酯合成實驗的拓展和深化，結(jié)合《實驗化學》的相關(guān)知識，使學生了解合成有機酸酯的反應(yīng)原理，掌握萃取、洗滌、蒸餾及純化液體有機物的實驗技術(shù)，可以加深學生對有機合成與實驗化學的相關(guān)知識的認識。用實驗有目的地滲透和強化有機合成的意識，確定有機化學最終服務(wù)于社會的思想。

三、教學反思

有機化學復(fù)習需要兼顧有機化學內(nèi)在的規(guī)律性和系統(tǒng)性，注意把握有機化學的學科特點，建立“有機化合物—官能團—有機化學反應(yīng)—性質(zhì)—有機合成—應(yīng)用”之間的聯(lián)系。蘋果是有機化合物復(fù)習素材的寶庫，可以根據(jù)實際需要，對復(fù)習課內(nèi)容進行拓展和補充，如烴類物質(zhì)、醇類物質(zhì)、糖類物質(zhì)及氨基酸等復(fù)習。也可以設(shè)計成系列微課，讓學生課后進行自主學習。

教無定法，教師在教學設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)高中課程改革和高考改革的要求，結(jié)合學生的實際情況，充分挖掘蘋果中有機化學復(fù)習的資源，對教學內(nèi)容和教學環(huán)節(jié)進行適當?shù)恼{(diào)整與創(chuàng)新，從而使學生感受有機化學的規(guī)律性和系統(tǒng)性，提高學生基本的有機化學學科素養(yǎng)。

參考文獻

[1] 任雪明，吳文中.高中化學教學疑難問題研析[M].杭州：浙江教育出版社，2015：111-115

[2] 趙峰， 王少敏等. 頂空固相微萃取——氣質(zhì)聯(lián)用分析紅富士蘋果中的芳香物質(zhì)[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版）， 2006（2）： 181-184

[3] 陳義旺，呂小蘭，胡昱.化學創(chuàng)造美好生活[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013：173-174