求同存異巧解化學(xué)題

王亞會

唐山市海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)第二中學(xué)

求同存異巧解化學(xué)題

王亞會

唐山市海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)第二中學(xué)

在解決化學(xué)問題時，充分運用求同存異的思想，深入地挖掘題目的共性和不同，并將兩者有效的結(jié)合，能夠極大地提高解題的速度，達到事半功倍的效果。

求同存異；氨基酸

求同存異，顧名思義就是尋求相同點，保留不同意見。在化學(xué)解題中，通過對問題條件的認真觀察，充分挖掘物質(zhì)之間的相同點和不同之處，挖掘內(nèi)在規(guī)律，將無規(guī)律變成有規(guī)律，能夠極大的簡化運算過程，從而達到快速解題的目的。下面以多肽水解生成氨基酸為例，談一下求同存異思想在化學(xué)解題中的應(yīng)用。

下面是一個四肽，它可以看做是4個氨基酸縮合掉3個水分子而得。

式中R、R1、R2、R3可能是相同或不同的烴基，或有取代基的烴N10O19，已知它徹底水解后只得到下列四種氨基酸：

（1）這個多肽是幾肽？（2）該多肽水解后，有幾個谷氨酸？（3）該多肽水解后，有幾個苯丙氨酸？

分析：（1）已知多肽由幾個氨基酸脫水縮合而成，它就是幾肽。通過觀察可知，形成該多肽的四種氨基酸分子的共同特點是每個氨基酸中都有一個氨基，所以氨基的數(shù)目等于氨基酸的數(shù)目，因此該多肽為十肽。

（2）十個氨基酸分子脫去9個水形成分子式為C55H70N10O19的十肽，則10個氨基酸分子C、H、O、N總數(shù)為C55H70N10O19+9H2O= C55H88N10O28。通過觀察，四種氨基酸的不同之處在于除谷氨酸每個分子中含有四個“O”外，其余的氨基酸分子中均含有兩個“O”。

方法I：設(shè)谷氨酸分子有x個，其余氨基酸分子數(shù)目為y個。列二元一次方程如下：

由①②反應(yīng)方程式解得x=4，y=6，即谷氨酸的數(shù)目為4個，其余氨基酸數(shù)目為6個。

方法II：如果每個氨基酸分子中都含有兩個“O”，則10個氨基酸中“O”總數(shù)為20個，實際上“O”總數(shù)為28個，共多出來8個“O”，結(jié)合谷氨酸分子的結(jié)構(gòu)特點，每個谷氨酸中含有4個“O”，即每個谷氨酸比其他氨基酸多兩個“O”，所以谷氨酸分子總數(shù)為8÷2=4個。

（3）4個谷氨酸分子C、H、O、N總數(shù)為C20H36N4O16，10個氨基酸分子C、H、O、N總數(shù)為C55H88N10O28，則其余三種氨基酸C、H、O、N總數(shù)為C35H52N6O12。

方法I：已知甘氨酸的分子式為C2H5NO2，丙氨酸分子式為C3H7NO2，苯丙氨酸分子式為C9H11NO2,設(shè)甘氨酸有a個，丙氨酸有b個，苯丙氨酸為c個，建立方程組如下：

a + b + c = 6①( N守恒) 2 a + 3 b + 9 c = 3 5②( C守恒) 5 a + 7 b + 1 1 c = 5 2③( H守恒)

聯(lián)合①②③三個方程式解得a=1，b=2，c=3。即苯丙氨酸的數(shù)目為3個。

方法II：

求同：甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸三種氨基酸分子中均含有一個羧基，一個羧基產(chǎn)生的不飽和度“Ω”=1。

存異：甘氨酸、丙氨酸除羧基外，無其他不飽和結(jié)構(gòu)，Ω=1，苯丙氨酸除含有一個羧基外，還含有一個苯環(huán)，Ω=5。筆者設(shè)想通過不飽和度的差異來求解苯丙氨酸的數(shù)目。已知35個C原子，按照飽和結(jié)構(gòu)計算含有氫原子總數(shù)為（35×2+2）+6+5×2=88個(解釋：“35×2+2”含義為“C”為飽和結(jié)構(gòu)時，n個C對應(yīng)“2n+2”個H；“+6”含義為每引入一個-NH2，相當(dāng)于是一個“H”被一個“-NH2”替代，則有幾個“-NH2”，氫原子個數(shù)就多幾，所以有6個“-NH2”對應(yīng)多6個“H”；比較難理解的是“5×2”的含義，舉一個簡單的例子，n個CH4對應(yīng)氫原子個數(shù)為4n個，含有n個碳的飽和烷烴含有的氫原子數(shù)為2n+2個，即將n個飽和結(jié)構(gòu)的分子連在一起“H”共減少4n-(2n+2)=2(n-1)個，所以6個飽和結(jié)構(gòu)的分子連在一起個氫原子數(shù)減少了5×2=10個。我們總結(jié)一個公式，對于C原子數(shù)為n、N原子數(shù)為x的m肽分子，m個氨基酸分別按飽和結(jié)構(gòu)計算對應(yīng)“H”數(shù)為2n+2+x+2(m-1)個)。就本體而言，甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸三種分子C、H、O、N總數(shù)為C35H52N6O12，即H原子數(shù)為52個，6個飽和分子中H原子數(shù)為88個，即H原子共減少了36個，即18個Ω。由6個氨基酸中的羧基產(chǎn)生的Ω=6，則由苯環(huán)產(chǎn)生的Ω=18-6=12，每個苯環(huán)有4個Ω，則苯環(huán)數(shù)目為3個，即共有3個苯丙氨酸。

為驗證上面推論的準(zhǔn)確性，我們來快速求解類似的問題。

蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，一定條件下蛋白質(zhì)或多肽可以水解，最終產(chǎn)物為氨基酸。今有1個多肽，其化學(xué)式為C32H44N6O7，已知它在一定條件下徹底水解只得到下列三種氨基酸：的物質(zhì)的量為多少？

觀察分析可知，每個氨基酸分子中均含有一個氨基和羧基，氮原子的數(shù)目等于氨基酸的數(shù)目，該多肽為六肽，形成六肽的6個氨基酸中C、H、O、N總數(shù)為C32H44N6O7+5H2O=C32H54N6O12，除所求化合物Ω為5個以外，其他均為1個（即由羧基產(chǎn)生的Ω），已知羧基共產(chǎn)生6個Ω，由上題推論可知Ω總數(shù)=（322+2+6+52-54）2=14，所以由苯環(huán)產(chǎn)生的Ω為14-6=8，故含兩個苯環(huán)，因此1mol該多肽

可見，深入挖掘題目的共性和不同，利用求同存異的思想確實能優(yōu)化運算過程，提高解題速度和效率。

[1]王祖浩.有機化學(xué)基礎(chǔ)[M].江蘇：鳳凰出版?zhèn)髅郊瘓F江蘇教育出版社，2014：102-103.

[2]王秀平.化學(xué)計算中的“求同存異”[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊, 2008,12：86.