基于模型認(rèn)知的“限定條件下同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)”教學(xué)實(shí)踐

江蘇 居亞芬

同分異構(gòu)體的辨析和書(shū)寫(xiě)是有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的重難點(diǎn)，也成為高考江蘇卷“有機(jī)推斷與合成”一題中的固定考點(diǎn)。該考點(diǎn)既考查了學(xué)生對(duì)有機(jī)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的掌握程度，又考查了學(xué)生的空間想象能力組合和處理數(shù)據(jù)能力。但這一考點(diǎn)實(shí)際得分率并不高，較多學(xué)生選擇不作答該題以節(jié)省時(shí)間，而答題者也會(huì)有耗時(shí)較長(zhǎng)并且常出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象。筆者結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，分不同環(huán)節(jié)對(duì)該考點(diǎn)進(jìn)行解讀和應(yīng)用研究。

一、教學(xué)思路和設(shè)計(jì)

1.課標(biāo)分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》(以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”)對(duì)選擇性必修課程模塊3《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中有如下內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求：“認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)決定于原子間的連接順序、成鍵方式和空間排布，認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物存在構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)等同分異構(gòu)現(xiàn)象?！薄澳鼙孀R(shí)同分異構(gòu)現(xiàn)象，能寫(xiě)出符合特定條件的同分異構(gòu)體，能舉例說(shuō)明立體異構(gòu)現(xiàn)象?！?/p>

2.教學(xué)策略

利用物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有關(guān)理論幫助學(xué)生理解有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，體會(huì)碳原子結(jié)構(gòu)特征對(duì)其成鍵和分子空間結(jié)構(gòu)的決定作用。通過(guò)對(duì)有機(jī)化合物化學(xué)性質(zhì)的分析解釋活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)官能團(tuán)、碳原子的飽和度和化學(xué)鍵的極性對(duì)有機(jī)化合物性質(zhì)的決定作用。

二、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一 對(duì)結(jié)構(gòu)限定條件信息的解讀

表1 近5年江蘇高考題中限定條件信息的采集

續(xù)表

經(jīng)過(guò)環(huán)節(jié)一，學(xué)生可以在腦海中形成初步模型，特別是以苯環(huán)為中心的高度對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

環(huán)節(jié)二 拆分樣品，解讀“同分”結(jié)構(gòu)

以含苯環(huán)的有機(jī)化合物為例：

【交流與討論1】

問(wèn)題1：如何處理該C物質(zhì)的“同分”？

學(xué)生1：同分子式可以數(shù)出C、H、O的具體個(gè)數(shù)。

學(xué)生2：可以數(shù)C和O數(shù)目，然后根據(jù)Ω計(jì)算出H。

問(wèn)題2：C物質(zhì)的不飽和度Ω應(yīng)如何分析？

學(xué)生：Ω=1時(shí)，分子中可能存在1個(gè)環(huán)、1個(gè)C=C或C=O，Ω=2時(shí)，分子中可能存在2個(gè)環(huán)、2個(gè)雙鍵或1個(gè)C≡C。

教師引導(dǎo)：近10年的江蘇卷一般該項(xiàng)考查的同分異構(gòu)體都含有苯環(huán)，而給出的樣品也都是含苯環(huán)的。那是否還需要算得C物質(zhì)的分子式？

歸納小結(jié)1：不需要得出具體的分子式。以苯環(huán)為模板，只需要考慮變化的部分， 如不飽和度Ω數(shù)或氧原子數(shù)。

【解析】解讀C物質(zhì)的“同分”可得出C物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為苯環(huán)1個(gè)+碳原子2個(gè)+溴原子1個(gè)+氧原子4個(gè)+Ω為1。因?yàn)棣傅拇嬖?，所以不需要?dú)湓拥臄?shù)目。

環(huán)節(jié)三 搭建基本結(jié)構(gòu)模型

以含苯環(huán)的有機(jī)化合物為例：

①能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；

②堿性水解后酸化，含苯環(huán)的產(chǎn)物分子中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子數(shù)目比為1∶1。

【解析】解讀C物質(zhì)的“同分”可得出C物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為苯環(huán)1個(gè)+碳原子2個(gè)+溴原子1個(gè)+氧原子4個(gè)+Ω為1。

【交流與討論2】

問(wèn)題3：根據(jù)限定性質(zhì)條件找到C物質(zhì)中除苯環(huán)外對(duì)應(yīng)的特征官能團(tuán)

學(xué)生1：根據(jù)信息①說(shuō)明含有酚羥基—OH，使用了【解析】中除苯環(huán)外的1個(gè)氧原子。

學(xué)生2：根據(jù)信息②說(shuō)明含有酯基，使用了【解析】中除苯環(huán)外的1個(gè)碳原子、2個(gè)氧原子、Ω為1。

【交流與討論3】

問(wèn)題4：根據(jù)“氫原子類型”條件得出基本模型

學(xué)生：水解后含苯環(huán)的產(chǎn)物必有酚羥基結(jié)構(gòu)，分子中只有兩種類型的氫原子且數(shù)目相等。

教師：若水解后含苯環(huán)的產(chǎn)物中有2個(gè)酚羥基，可得出怎樣的基本模型？

教師：若水解后含苯環(huán)的產(chǎn)物中有3個(gè)酚羥基，可得出怎樣的基本模型？

【交流與討論4】

問(wèn)題5：根據(jù)剩余的原子數(shù)和不飽和度Ω拼圖

歸納小結(jié)2：推薦學(xué)生在該項(xiàng)考查中有一定步驟，層層遞進(jìn)的拼出同分異構(gòu)體。但上題中還存在一個(gè)重要環(huán)節(jié)沒(méi)有考查到，所以下面通過(guò)改編形式，關(guān)注氧原子的呈現(xiàn)。

①能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；

②堿性水解后酸化，含苯環(huán)的產(chǎn)物分子中2種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。

學(xué)生：根據(jù)條件②可考慮基本模型1和基本模型2。若參考基本模型1，難度是如何處理Ω=0的情況下剩余的1個(gè)氧原子的位置。

環(huán)節(jié)四 妥善安排氧原子的位置

表2 處理O與Ω、H種類的關(guān)系

三、典例賞析

①分子中含有苯環(huán)，能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，不能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；

②堿性條件水解生成兩種產(chǎn)物，酸化后分子中均只有2種不同化學(xué)環(huán)境的氫。

【解析】(1)先將試樣理解成有1個(gè)苯環(huán)的結(jié)構(gòu)

(2)解讀試樣的“同分”可得出該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為苯環(huán) 1個(gè)+碳原子3個(gè)+氧原子3個(gè)+Ω為3

(3)解讀條件①含有酚羥基結(jié)構(gòu)、無(wú)醛基，解讀條件②能水解說(shuō)明有酯基，水解再酸化后的酸、醇或酚均只有2種氫。

(5)搭建基本模型已經(jīng)使用了“同分”中的1個(gè)苯環(huán)+1個(gè)碳原子+3個(gè)氧原子+1個(gè)Ω，還需拼接上2個(gè)碳原子、2個(gè)Ω。用經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)拼接在另一水解產(chǎn)物中。

①分子中含苯環(huán)，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；

②分子中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子數(shù)目比為1∶1。

【解析】(1)先將試樣理解成有1個(gè)苯環(huán)的結(jié)構(gòu)

(2)解讀試樣的“同分”可得出該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為苯環(huán)1個(gè)+碳原子3個(gè)+氧原子3個(gè)+Ω為3

(3)解讀條件①含有—CHO結(jié)構(gòu)，解讀條件②高度對(duì)稱結(jié)構(gòu)，只有2種氫原子且數(shù)目相同

①分子中含苯環(huán)，能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；

②不能水解，分子中有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子

【解析】(1)處理試樣為含1個(gè)苯環(huán)的結(jié)構(gòu)，

(2)解讀試樣的“同分”可得出該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為苯環(huán)1個(gè)+碳原子3個(gè)+氧原子3個(gè)+Ω為3

(3)解讀條件①含有醛基結(jié)構(gòu)，也含有酚羥基結(jié)構(gòu)，解讀條件②無(wú)酯基，考慮高度對(duì)稱結(jié)構(gòu)，有4種氫原子

(5)根據(jù)表2安排氧原子的位置。

(6)根據(jù)模型1，還需拼接上剩余的1個(gè)碳原子和1個(gè)Ω，無(wú)法匹配。

四、實(shí)踐感悟

隨著新一輪課程改革的推進(jìn)，“模型認(rèn)知”作為一種科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)工具必將受到越來(lái)越多的重視和積極運(yùn)用。而碎片、對(duì)接、組合模式的教學(xué)，降低了學(xué)生書(shū)寫(xiě)同分異構(gòu)體的難度，激發(fā)學(xué)生思維，有效避免重復(fù)和遺漏。在實(shí)踐中學(xué)生慢慢形成了書(shū)寫(xiě)步驟，思維能力也獲得了更深的發(fā)展。在氫、氧原子處理的過(guò)程中存在靈活多變性，可以找到經(jīng)典例題進(jìn)行變式訓(xùn)練，進(jìn)一步拓展思維。