高中化學(xué)應(yīng)用逆合成分析法教學(xué)的策略研究

許國(guó)霞

【摘 要】本文主要解讀高中有機(jī)化學(xué)合成類部分信息，介紹常見(jiàn)化合物的逆合成方法，有效突破有機(jī)化學(xué)合成流程圖的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)，提高信息處理能力和思維能力。

【關(guān)鍵詞】解讀高校有機(jī)化學(xué)合成類部分信息;逆合成分析;流程設(shè)計(jì);典型例題導(dǎo)學(xué)

【中圖分類號(hào)】G633.8? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1671-8437（2019）34-0185-03

近年江蘇省有機(jī)化學(xué)部分考試形式是不定項(xiàng)選擇題和有機(jī)化學(xué)綜合題，其中利用不同類型有機(jī)物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系設(shè)計(jì)合理流程是有機(jī)化學(xué)的難點(diǎn)與區(qū)分點(diǎn)，是有機(jī)化學(xué)知識(shí)的制高點(diǎn)和生長(zhǎng)點(diǎn)，更是學(xué)生思維能力培養(yǎng)的好素材。筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)根據(jù)復(fù)雜目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)合成路線的試題普遍感到束手無(wú)策。究其原因，一是部分高中教師總結(jié)得不夠全面不夠到位，掌控力不夠;二是未能揭示各類有機(jī)物之間的內(nèi)在聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，將基本內(nèi)容融會(huì)貫通，對(duì)涉及高校知識(shí)的信息不太看得懂，理解不到位、思路不開(kāi)闊，所以自學(xué)能力和獨(dú)立解決問(wèn)題能力不夠，因此，難以很好完成理論性、實(shí)踐性都較強(qiáng)的合成路線設(shè)計(jì)試題。那么，如何采取有效教學(xué)才能突破呢？近年來(lái)筆者大量查閱高校有機(jī)化學(xué)教材和各類教參資料，將有機(jī)化學(xué)逆合成分析法應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)從鑒賞大學(xué)有機(jī)化學(xué)信息出發(fā)，分析目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，能幫助學(xué)生快速分析推導(dǎo)出簡(jiǎn)單易得的起始原料，使合成路線設(shè)計(jì)有條不紊，所教學(xué)生在高三多次聯(lián)考中，有機(jī)合成路線流程圖設(shè)計(jì)都完成得非常好。

1? 逆合成分析法的定義

逆合成分析法也可稱為反合成分析或合成子法，是在1964年由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者科里（E.J.Corey）創(chuàng)立的，他提出有機(jī)合成的“逆合成分析方法”并成功地合成50多種藥劑和百余種天然化合物。逆向合成分析法是指從擬合成的有機(jī)化合物（目標(biāo)化合物）開(kāi)始，通過(guò)“切斷”和逆向推導(dǎo)，最終確定該有機(jī)化合物的合成路線及所需的原料。然后將確定的這些小分子或等價(jià)物按一定的順序和立體方式逐個(gè)通過(guò)合成反應(yīng)再結(jié)合起來(lái)，經(jīng)過(guò)必要的修飾，而得到所要合成的目標(biāo)化合物。它與正向反應(yīng)的思維方式正好相反，可以不考慮起始物而直接將目標(biāo)物轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的前體[1]。如

逆合成分析法是在設(shè)計(jì)復(fù)雜化合物的合成路線時(shí)常用的方法，它是將目標(biāo)化合物倒退一步尋找上一步反應(yīng)的中間體，該中間體同輔助原料反應(yīng)可以得到目標(biāo)化合物。而這個(gè)中間體的合成與目標(biāo)化合物的合成一樣，是從更上一步的中間體得來(lái)的。依次倒推，最后確定最適宜的基礎(chǔ)原料和最終的合成路線。該法也可稱為反合成。

2? ?逆合成分析法的教學(xué)策略

2.1? 熟練掌握有機(jī)合成中需要具備的基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)應(yīng)注意循序漸進(jìn)，只有學(xué)生知識(shí)累積到一定程度，建構(gòu)起基礎(chǔ)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)之后才可以嘗試設(shè)計(jì)合理的有機(jī)物質(zhì)合成路線，否則學(xué)生應(yīng)對(duì)試題感覺(jué)難度太大易造成消極被動(dòng)情緒。筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生要么是記不牢基礎(chǔ)知識(shí)，要么是記了一堆但不會(huì)應(yīng)用，沒(méi)有基礎(chǔ)一切為零。如學(xué)生對(duì)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)不了解，其涉及的有機(jī)反應(yīng)的類別和反應(yīng)的條件不清楚，本質(zhì)上就是常見(jiàn)官能團(tuán)的性質(zhì)不了解，必然對(duì)各有機(jī)物（官能團(tuán)）之間的衍變關(guān)系不熟悉，怎么會(huì)做有機(jī)合成題呢？基礎(chǔ)知識(shí)包括有機(jī)物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互衍生關(guān)系，官能團(tuán)的引入和消去，碳鏈的增減，官能團(tuán)的保護(hù)等。工欲善其事，必先利其器。所以教師必須要讓學(xué)生掌握必備的基礎(chǔ)知識(shí)，默寫各類有機(jī)物的性質(zhì)的化學(xué)方程式，默寫官能團(tuán)名稱和特征反應(yīng)，默寫常見(jiàn)有機(jī)物衍變關(guān)系的化學(xué)方程式，對(duì)反應(yīng)條件尤其要顛來(lái)倒去讓學(xué)生熟記，見(jiàn)到條件立馬聯(lián)想可能是哪類物質(zhì)的反應(yīng)。幫助學(xué)生關(guān)注新物質(zhì)的官能團(tuán)類別和轉(zhuǎn)化，推測(cè)根據(jù)所學(xué)舊知識(shí)來(lái)推測(cè)本題該官能團(tuán)可能用到的性質(zhì)，從官能團(tuán)轉(zhuǎn)化過(guò)程的斷鍵成鍵的方式推測(cè)合成方法。

如對(duì)于默寫二烯烴的加成反應(yīng)，讓學(xué)生知道反應(yīng)條件不同、反應(yīng)物的用量不同，就有1，2-加成，1，4-加成和全部加成等不同類型，等綜合訓(xùn)練時(shí)繼而再適當(dāng)拓展著名的雙烯合成：環(huán)己烯可以通過(guò)丁二烯與乙烯發(fā)生環(huán)化加成反應(yīng)得到如下產(chǎn)物，并指出這也是合成六元環(huán)的首選方法。

也可以表示為：

學(xué)生往往面對(duì)僅有產(chǎn)物結(jié)構(gòu)信息的合成題，由于反向記憶訓(xùn)練不足，就會(huì)感到束手無(wú)策。眾所周知，學(xué)英語(yǔ)記單詞單向記憶的結(jié)果使英譯漢很順暢，但漢譯英卻頗費(fèi)周折。逆合成分析法是一種邏輯思維方法，需要以豐富的有機(jī)化學(xué)知識(shí)作為基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)中正確運(yùn)用“正”“逆”兩個(gè)方面的思維方法來(lái)提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。在授新課中不能只強(qiáng)調(diào)記憶正向反應(yīng)，忽略從反向角度去記憶產(chǎn)物的由來(lái)，要求學(xué)生從正反兩個(gè)方向記住反應(yīng)的五要素（反應(yīng)物、產(chǎn)物、機(jī)理、條件和適用范圍），尤其是產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)蘊(yùn)含非常重要的信息，在產(chǎn)物中用紅筆標(biāo)識(shí)反應(yīng)物結(jié)合形成新鍵處，因?yàn)檫@就是進(jìn)行逆合成分析時(shí)鍵的“斷裂處”。[2]

2.2? 提升信息處理能力

建構(gòu)主義教學(xué)理念主張學(xué)生在教師的啟發(fā)和引導(dǎo)下通過(guò)自主學(xué)習(xí)能夠系統(tǒng)性地掌握化學(xué)課中的事實(shí)性知識(shí)、概念原理性知識(shí)和過(guò)程方法性知識(shí)。因此，對(duì)于有機(jī)合成線路題的重點(diǎn)問(wèn)題和難點(diǎn)知識(shí)就不能簡(jiǎn)單地立足于一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容上，而應(yīng)該選擇相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，從而讓學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)有深入的理解。筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生有機(jī)合成路線流程圖設(shè)計(jì)完成得不好的原因是看不懂涉及大學(xué)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的信息，體會(huì)不到該信息的含義，也就無(wú)法應(yīng)用該信息解決問(wèn)題。筆者學(xué)校是江蘇省首批四星級(jí)高中，絕大多數(shù)學(xué)生有沖A的需要，最后一問(wèn)的有機(jī)合成線路圖的設(shè)計(jì)是壓軸題，具有高區(qū)分度，所以必須加以突破。教學(xué)中，教師就要有意識(shí)解讀遇到的大學(xué)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的新信息，鼓勵(lì)讓學(xué)生討論和說(shuō)出其中的是什么官能團(tuán)、官能團(tuán)變成什么了（即分析官能團(tuán)的改變——引入了什么官能團(tuán);是否要注意官能團(tuán)的保護(hù)）、在哪個(gè)位置斷鍵的？在哪個(gè)位置成鍵的？（即分析有無(wú)碳鏈的增長(zhǎng)或縮短，有無(wú)成環(huán)或開(kāi)環(huán)）等。如為防止一OH被氧化可先將其酯化，為保護(hù)C=C不受氧化可先將其與HBr加成或與水加成，在含有C=C和-CHO的化合物中欲用溴水檢驗(yàn)C=C，應(yīng)先將-CHO用弱氧化劑（銀氨溶液、新制Cu（OH）2氧化）等。

舉例：烯烴通過(guò)臭氧化還原水解一般得到醛和酮，而用酸性高錳酸鉀得到羧酸。這都屬于烯烴的氧化反應(yīng)。教師將兩類反應(yīng)列出，分析斷鍵位置和產(chǎn)物類別。并馬上分析常利用該反應(yīng)的產(chǎn)物可以反推碳碳雙鍵的位置，再反推知含碳碳雙鍵化合物的結(jié)構(gòu)。

另外有機(jī)合成是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，每年都會(huì)涌現(xiàn)出許多新反應(yīng)、新試劑。隨著新反應(yīng)、新試劑的應(yīng)用，有機(jī)分子的合成路線更趨向簡(jiǎn)單、快速、高效、綠色。教師應(yīng)在教學(xué)中向?qū)W生傳授這些知識(shí)，使學(xué)生了解學(xué)科的前沿，感受新知識(shí)的威力。

2.3? 導(dǎo)學(xué)典型例題訓(xùn)練，采用模型建構(gòu)的教學(xué)策略

高考命題時(shí)，大學(xué)教師往往會(huì)利用新科技成果，陌生度相當(dāng)高。課堂上教師按照物質(zhì)所屬類別、官能團(tuán)的性質(zhì)和變化進(jìn)行建構(gòu)解題模型，采用逆向思維，將目標(biāo)有機(jī)物分解成若干片斷，按“目標(biāo)物→中間產(chǎn)物Ⅰ→中間產(chǎn)物Ⅱ……→原料”的順序確定合成順序，設(shè)法將片斷（小分子）拼接，找出合成途徑。教師可以采用逆推法來(lái)講授近年來(lái)的全國(guó)各省高考有機(jī)合成線路題，逆向剖析從目標(biāo)分子出發(fā)，要反復(fù)進(jìn)行，直至得到的前提為指定或?yàn)橐椎迷蠟橹?。采用模型建?gòu)以供學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)和模仿練習(xí)。課后布置模擬題給學(xué)生，鼓勵(lì)大家自己思考設(shè)計(jì)路線圖，合成時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生多種不同的方法和途徑，應(yīng)選擇最合理、最簡(jiǎn)單的途徑，也允許查閱文獻(xiàn)。

【試題分析】由乙酸合成A，先推斷出A的結(jié)構(gòu)。根據(jù)已有原料和有關(guān)反應(yīng)規(guī)律，盡可能合理地把目標(biāo)分子通過(guò)生成它的反應(yīng)與前一個(gè)中間產(chǎn)物聯(lián)系起來(lái)，再把這個(gè)中間產(chǎn)物通過(guò)生成它的反應(yīng)與上一個(gè)中間產(chǎn)物聯(lián)系起來(lái)，直至追溯到原料為止。待合成時(shí)再“反其道而行之”。根據(jù)上述思路，可制定出本題的合成路線。

【合成路線】

綜上所述，逆合成分析法教學(xué)流程如下：物質(zhì)分析→原料的正向推衍，產(chǎn)物的片斷解析、新信息的合理插入、官能團(tuán)的正逆向?qū)?，依照逆反?yīng)設(shè)計(jì)路線轉(zhuǎn)化圖，直至全部合成線路的貫通并將分析結(jié)果運(yùn)行檢驗(yàn)[3]。高三有機(jī)化學(xué)合成線路復(fù)習(xí)上采用逆合成分析法進(jìn)行教學(xué)，能讓學(xué)生感覺(jué)思路清晰、有感覺(jué)、有章可循、有法可依，熟能生巧的過(guò)程中提高學(xué)習(xí)的自信心，學(xué)生在聆聽(tīng)和練習(xí)中更多地參與課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)之中，在主動(dòng)探究合成路線圖的過(guò)程中興趣變濃了，課堂氣氛活躍了，在分析和比較中學(xué)到更高的設(shè)計(jì)技巧，體會(huì)到了路線設(shè)計(jì)的邏輯推理，直覺(jué)判斷、邏輯推理、發(fā)散性思維、求異思維等能力提升了，大大提高了分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。

3? ?逆合成分析法應(yīng)用要點(diǎn)分析

在對(duì)逆合成分析法應(yīng)用過(guò)程中，要注重結(jié)合逆合成分析法與實(shí)際教學(xué)之間的關(guān)聯(lián)性，從而將逆合成分析法與教學(xué)工作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以發(fā)揮逆合成分析法的功能和作用，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握，以更加有效地提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

3.1? 明確教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)的把握，對(duì)于逆合成分析法的應(yīng)用起到了重要的影響，同時(shí)對(duì)逆合成分析法的應(yīng)用效果有著重要的影響。在利用逆合成分析法教學(xué)過(guò)程中，首先要注重從知識(shí)與技能視角出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)有機(jī)物的性質(zhì)、反應(yīng)類型以及相互轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系做好把握，同時(shí)，注重對(duì)有機(jī)合成的途徑以及條件做好科學(xué)、合理的選擇。其次在進(jìn)行逆合成分析過(guò)程中，要注重對(duì)有機(jī)合成的方法進(jìn)行歸納和總結(jié)，并注重對(duì)衍生物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系做好把握。這一過(guò)程中，通過(guò)對(duì)有機(jī)合成路線做好設(shè)計(jì)和分析，建立起逆合成的思維方法。通過(guò)對(duì)逆合成分析法進(jìn)行有效地推理，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和信息遷移能力，對(duì)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)和探究。最后，在對(duì)逆合成分析法進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中，要注重對(duì)有機(jī)合成的重要影響做好把握，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)化學(xué)、愛(ài)科學(xué)的精神，通過(guò)對(duì)合成線路的討論，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，能夠?qū)瘜W(xué)知識(shí)進(jìn)行更加深入地思考和探究，以培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.2? 理解逆合成分析法的內(nèi)涵

在理解逆合成分析法過(guò)程中，要注重對(duì)逆合成分析法的概念及內(nèi)涵進(jìn)行把握，并結(jié)合實(shí)際的教學(xué)情況，對(duì)逆合成分析法與實(shí)際教學(xué)工作進(jìn)行緊密地結(jié)合。在這一過(guò)程中，將目標(biāo)化合物進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸猓?duì)上一步反應(yīng)的中間體進(jìn)行尋找，通過(guò)依次類推，確定最適宜的原材料，并對(duì)最終的合成路線進(jìn)行確定，從而對(duì)化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行探究和分析。在逆合成分析法應(yīng)用過(guò)程中，要注重突出學(xué)生的主體地位，注重對(duì)逆合成分析法的基本原則做好把握，并結(jié)合實(shí)際案例，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)逆合成分析法的內(nèi)涵進(jìn)行思考。

【參考文獻(xiàn)】

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