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有機(jī)化學(xué)在高考化學(xué)中扮演著舉足輕重的角色,而有機(jī)合成則是有機(jī)化學(xué)考察的熱門考點(diǎn)。高考化學(xué)的有機(jī)非選擇題,以制備陌生有機(jī)化合物為主要載體,呈現(xiàn)形式多樣,考察高中生對(duì)有機(jī)化合物種類、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、推斷、合成等知識(shí)的綜合掌握。其中,有機(jī)合成試題靈活多變且綜合性較強(qiáng),考察學(xué)生對(duì)陌生信息的理解以及將陌生信息與已學(xué)知識(shí)相結(jié)合以綜合應(yīng)用的能力。這種考察方式有利于提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng),激發(fā)學(xué)科興趣,下承高中課程,上承高中生化學(xué)奧林匹克競(jìng)賽和大學(xué)化學(xué)知識(shí)。同時(shí),這些考題難度較大,有一定的區(qū)分度。因此,如何突破有機(jī)合成題,成為了高中生應(yīng)當(dāng)關(guān)注的焦點(diǎn)和必須攻克的難點(diǎn)。
本文將在下文分別介紹有機(jī)合成的基本反應(yīng)、陌生反應(yīng)及試劑、合成路線信息、有機(jī)合成與化學(xué)競(jìng)賽的聯(lián)系等四個(gè)角度論述高考化學(xué)對(duì)有機(jī)化學(xué)的考察,并在最后針對(duì)教師和考生分別提出建議。
一直以來(lái),教學(xué)老師和考生都認(rèn)為陌生反應(yīng)是有機(jī)合成考察的難點(diǎn),可以最大程度上體現(xiàn)題目的區(qū)分度。同陌生反應(yīng)相比,基本反應(yīng)往往被師生忽視。但是基本反應(yīng)的堆砌為完美的有機(jī)合成奠定了基礎(chǔ)。因此,從一定程度上來(lái)說(shuō),考生們所學(xué)習(xí)過(guò)的基本反應(yīng)才是有機(jī)合成中最重要的部分。
高考對(duì)有機(jī)合成的考察要求考生具有極其嚴(yán)密的邏輯思維和嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確的推理能力,否則即使為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的出現(xiàn)投入了大量的時(shí)間成本,也有很大的可能出現(xiàn)“一步錯(cuò),步步錯(cuò)”的情況,造成一著不慎滿盤皆輸。如果考生準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瞥隽丝碱}中信息提示的陌生化合物,但是卻遺漏了最為熟悉的基本反應(yīng)或是出現(xiàn)了其他失誤,這將對(duì)考生整個(gè)考試乃至其他方面造成極大的負(fù)面影響。
當(dāng)前,高中生所學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)單的取代、加成、氧化、還原、聚合等基本有機(jī)反應(yīng),都是以最為基礎(chǔ)的化學(xué)知識(shí)設(shè)置的,同時(shí)以甲烷、乙烯、苯、乙醇等簡(jiǎn)單有機(jī)物為例在學(xué)生學(xué)習(xí)的課本中給以詳細(xì)的說(shuō)明。這主要是為了培養(yǎng)考生融會(huì)貫通、舉一反三的能力,最終可以通過(guò)經(jīng)典的反應(yīng)條件對(duì)應(yīng)到基本反應(yīng)。
事實(shí)上,高中階段有機(jī)合成中的復(fù)雜陌生反應(yīng)與簡(jiǎn)單基本反應(yīng)是交叉串聯(lián)的,這體現(xiàn)出有機(jī)合成的整體性。如果考生過(guò)度關(guān)注陌生反應(yīng)但卻輕視甚至忽視了基本反應(yīng),就是本末倒置的一種意識(shí)。
陌生反應(yīng)信息往往給出了反應(yīng)條件,暗示了反應(yīng)走向。在高考對(duì)有機(jī)合成考題的考察中,往往涉及到陌生的反應(yīng)。命題人往往會(huì)在陌生反應(yīng)處增加難度或是提高標(biāo)準(zhǔn)以考察考生的信息獲取能力,提高考題的區(qū)分度。這些陌生的反應(yīng)在解題過(guò)程中有著舉足輕重的地位,是廣大考生應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)。
有機(jī)合成題中的目標(biāo)產(chǎn)物決定了反應(yīng)的走向,而官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化,則可以體現(xiàn)考生對(duì)基本反應(yīng)的掌握情況。在基本反應(yīng)的基礎(chǔ)上,合成路線的改進(jìn)過(guò)程中非常有可能會(huì)夾雜著考生們不熟悉的陌生反應(yīng)和試劑。對(duì)此,考生應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析官能團(tuán)間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,了解反應(yīng)目的,冷靜應(yīng)對(duì)陌生反應(yīng)和陌生試劑。
PIVKA-II在肝癌患者維生素K攝取不足和應(yīng)用障礙時(shí),γ-谷氨酰羧化酶活性下降,輔酶活性下降,肝癌細(xì)胞產(chǎn)生凝血酶原前體蛋白谷氨酸羧化不全引起,凝血酶原釋放入血,可刺激癌細(xì)胞生長(zhǎng)。PIVKA-II作為肝癌診斷的新型腫瘤標(biāo)記物,其相比常用的AFP腫瘤標(biāo)記物血清學(xué)檢測(cè)具有特異性高、敏感性高等特點(diǎn);其濃度同肝癌組織分化、臨床分期、病灶大小相關(guān),可以同AFP診斷互為補(bǔ)充,提高肝癌診斷率,可作為肝癌早期診斷的重要腫瘤標(biāo)志,結(jié)合PIVKA-II結(jié)果判定預(yù)后。PIVKA-II在臨床診斷和治療中具有重要臨床價(jià)值,值得推廣應(yīng)用。
即使在考生平常較為熟悉的反應(yīng)中,也可能會(huì)有陌生成分。例如HBr 與不飽和鍵的加成反應(yīng),存在高中生不熟悉的馬氏規(guī)則,即不對(duì)稱烯烴與鹵化氫掃生在加成反應(yīng)時(shí),氫原子加在含氫多的碳原子上,鹵素加在雙鍵含氫少的碳原子上。試題在這步反應(yīng)中可能會(huì)給出過(guò)氧化物做催化劑的條件,出現(xiàn)“反馬”的現(xiàn)象。此時(shí)考生就要從流程中得到信息,做出簡(jiǎn)單判斷,為有機(jī)合成服務(wù)。
高考有機(jī)合成題的熱門目標(biāo)產(chǎn)物是藥品和高分子化合物。藥品能發(fā)揮作用是因?yàn)樗?dú)特的鍵合作用和特殊的官能團(tuán);高分子化合物的形成則代表加聚或縮聚反應(yīng)的發(fā)生,與之關(guān)聯(lián)的就有不飽和鍵、酯基、酰胺基等的形成和轉(zhuǎn)化。
高考中出現(xiàn)的有機(jī)反應(yīng)數(shù)不勝數(shù),題目靈活多變。,因此在實(shí)際的學(xué)習(xí)中,考生們應(yīng)當(dāng)多了解一些有機(jī)反應(yīng)和反應(yīng)試劑,擴(kuò)充自己的知識(shí)面,使自己的解題更得心應(yīng)手。
高中生在完成題設(shè)所要求的目標(biāo)產(chǎn)物合成時(shí),僅憑借高中所學(xué)的知識(shí)是不夠的。要完成目標(biāo)產(chǎn)物的合成,必須理解、把握合成路線所給出的隱含信息,結(jié)合課本所學(xué)知識(shí),完成合成任務(wù)。
首先觀察目標(biāo)產(chǎn)物與反應(yīng)的關(guān)系,可知酚羥基需要通過(guò)甲氧化作用生成甲氧基,再通過(guò)兩反應(yīng)物之間的取代反應(yīng),得到目標(biāo)化合產(chǎn)物。
進(jìn)一步分析,硝基無(wú)法直接發(fā)生取代反應(yīng)生成四級(jí)胺,結(jié)合題中所給B→C步驟,可知應(yīng)先將硝基還原為氨基。此時(shí),合成路線涉及到了反應(yīng)順序問(wèn)題,即甲氧化和硝基還原兩步反應(yīng)發(fā)生的先后問(wèn)題。結(jié)合所學(xué)知識(shí),氨基易被氧化,故應(yīng)先發(fā)生甲氧化反應(yīng),再進(jìn)行還原反應(yīng)。兩步反應(yīng)的反應(yīng)條件,可由路線中A、B、C的轉(zhuǎn)化關(guān)系得到。
此時(shí),我們?cè)倏紤]兩者間的取代反應(yīng)。由路線可知(D→E),溴化物易在K2CO3催化作用下取代氨基氫。與題中的反應(yīng)物相比,很容易想到是將酚羥基轉(zhuǎn)化成溴原子,即伯醇的鹵化反應(yīng)。反應(yīng)條件只需要HBr。最后類比D→E的轉(zhuǎn)化,即可完成目標(biāo)產(chǎn)物的合成。
考生們?cè)诤铣陕肪€的設(shè)計(jì)中可能存在一個(gè)誤區(qū)。一些考生因?yàn)檎n外知識(shí)面較廣,了解的反應(yīng)較多,在設(shè)計(jì)路線時(shí)可能會(huì)使用合成路線之外的陌生反應(yīng)。(如將環(huán)己烷脫氫轉(zhuǎn)化為苯。題干中所給出的條件為Pt催化劑,加熱;而有些考生則給出了CrO3催化劑,加熱的條件。出現(xiàn)了十分離譜的答案)。因此,考生應(yīng)當(dāng)盡量避免在設(shè)計(jì)的合成路線中出現(xiàn)陌生的反應(yīng),盡量使用題中所給出的反應(yīng)條件。
完成有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)多關(guān)注題干路線的暗示性,這是解題的一大助手,同時(shí),完成設(shè)計(jì)后,可以將題干給出的陌生信息回代入合成路線中,檢查自己的思路是否正確。
通過(guò)分析近些年來(lái)的全國(guó)高考題及各省市的高考模擬題,我們可以發(fā)現(xiàn)高考有機(jī)合成題的反應(yīng)合成路線以及目標(biāo)產(chǎn)物等知識(shí)點(diǎn)與化學(xué)競(jìng)賽存在著較大程度的重疊,甚至是原版復(fù)刻。許多高考熱門考點(diǎn),通常都會(huì)出現(xiàn)在最近幾屆的化學(xué)競(jìng)賽中。。
出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有以下幾點(diǎn)。首先,高中化學(xué)所學(xué)習(xí)的有機(jī)化學(xué)知識(shí)十分有限,
課本內(nèi)容極為淺顯。為了達(dá)到應(yīng)有的難度,命題者會(huì)將解題所需的超綱知識(shí)以信息的形式給出,考察學(xué)生的信息獲取能力,而給出的信息多為課本知識(shí)的自然生長(zhǎng)點(diǎn)或大學(xué)化學(xué)知識(shí)。同時(shí),競(jìng)賽所考察的內(nèi)容大多也為課本知識(shí)的自然生長(zhǎng)點(diǎn)和大學(xué)化學(xué)內(nèi)容,兩者在一定程度上可能會(huì)出現(xiàn)重疊。第二、高考與中國(guó)化學(xué)奧賽面向的群體是一致的,即在讀中學(xué)生。中學(xué)階段的化學(xué)學(xué)習(xí)多是為了培養(yǎng)學(xué)科興趣,提高學(xué)科素養(yǎng)。命題者關(guān)注的焦點(diǎn)大多是國(guó)內(nèi)外的科研成果(如青蒿素全合成,在高考與競(jìng)賽試題中均有出現(xiàn)。)故在題目中會(huì)有不同程度的涉及。第三、高考題的命題者大多是來(lái)自一線的優(yōu)秀教師,在一定程度上都接觸過(guò)競(jìng)賽,競(jìng)賽的思維已經(jīng)在命題者的腦海中潛移默化。在出題時(shí),很容易就會(huì)出現(xiàn)與競(jìng)賽交叉的知識(shí)。
但另一方面,對(duì)于這些陌生反應(yīng),命題人在題干與流程圖中都沒(méi)有給出信息,如由異氰酸酯制備酰胺化合物;合成縮酮保護(hù)羰基官能團(tuán)等。若命題人想提高難度,增加區(qū)分度,這時(shí)候,就要考驗(yàn)同學(xué)們的知識(shí)儲(chǔ)備了。
作為考生,在了解出題規(guī)律,掌握基本解題方法的同時(shí),更應(yīng)當(dāng)努力提升自身的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)科興趣,在學(xué)有余力的情況下,可以簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)大學(xué)的化學(xué)知識(shí),關(guān)注競(jìng)賽,以便對(duì)課外的部分知識(shí)進(jìn)行更深入的了解和學(xué)習(xí)。另外,還要始終保持對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情,不必刻意去迎合出題人的思路。
對(duì)于老師和出題人,可以在日后的教學(xué)中,多向?qū)W生教授一些課外知識(shí),重視課外學(xué)科知識(shí)的拓展和深化,讓學(xué)生多了解一些有機(jī)化學(xué)中更本質(zhì)的問(wèn)題,提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和邏輯推理能力。這樣才能在切實(shí)關(guān)注學(xué)生能力的同時(shí),也可以編出更有區(qū)分度、更能體現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)的有機(jī)化學(xué)試題。