一葉知秋，見微知著
——建立有機化學系統(tǒng)性知識體系

孫 瑩 郭玲香 張雪勤 楊 洪 林保平

(東南大學化學化工學院，江蘇 南京 211189)

有機化學是化學、化工、制藥、醫(yī)學、生物和環(huán)境等眾多專業(yè)的必修基礎課程。由于有機化合物種類繁多、性質(zhì)復雜多變、機理難以把握，使得有機化學成為一門學習難度很大，考試需要依賴死記硬背的課程。傳統(tǒng)的有機化學教學中，教師主要按照有機化合物類別進行逐章講解，對于不同章節(jié)之間的聯(lián)系盡管也常有梳理，然而側重點仍是在具體的化合物反應性質(zhì)中。學生對反應性質(zhì)的規(guī)律和不同反應之間的聯(lián)系很模糊，難以建立起系統(tǒng)的長效知識體系，考試過后所學知識很快就清零，無法做到學以致用。本文通過教學實踐和探索，總結出了教師帶領學生攻克有機化學的關鍵切入點和思路。

1 興趣驅(qū)動，尋找生活中的“有機化學”

培養(yǎng)學生對學習有機化學的興趣是保障高質(zhì)量教學效果的關鍵。有機化學和日常生活息息相關，因此將枯燥的專業(yè)知識和學生的切身生活體驗聯(lián)系起來，營造趣味橫生的魅力課堂是有機化學教學的重要環(huán)節(jié)。如從紅燒肉談起烹飪中的有機化學反應(糊化反應、酯化反應和美拉德反應等)。緒論的教學中，有機化學發(fā)展歷史的介紹和生活中的有機化學案例討論是進行興趣驅(qū)動的重要環(huán)節(jié)。在教學過程中，引導同學進行積極的討論和思考，激發(fā)學習積極性和主觀能動性，做到學以致用。如在學習到醛酮類化合物時，設計“除甲醛，你支招”討論環(huán)節(jié)；學習到胺類化合物時，討論“染發(fā)劑中的有機化學”等。

2 結構決定性質(zhì)，性質(zhì)關聯(lián)反應，構建有機化學思維

2.1 一葉知秋，結構暗藏神機

在有機化學中，官能團決定有機物的主要反應性質(zhì)，也是學生認識和命名化合物的第一步。但分析每一個化合物，都不應該只停留在命名和官能團上，還應該從其化學鍵強弱、原子雜化方式、電子效應、空間效應、分子間作用力入手，深挖其結構。其中，電子效應和空間效應是分析化合物性質(zhì)的重點，而穩(wěn)定性原理是攻克有機化學的制勝法寶。有機反應通常趨向于生成較為穩(wěn)定的產(chǎn)物，從機理上講，基本都會遵循一條所需能量較低的反應途徑，即經(jīng)過更為穩(wěn)定的中間體或過渡態(tài)。因此對整個反應體系的穩(wěn)定性進行判斷，尤為重要。而判斷方法則主要利用電子效應和空間效應來分析。一是，一切有利于電荷分散的因素，都有利于其穩(wěn)定。二是，空間位阻或擁擠程度越小，環(huán)張力或角張力越小，則體系越穩(wěn)定。

以水楊酸為例進行分析，首先水楊酸的主要官能團為羥基和羧基，其特征性質(zhì)是酸性。先從化學鍵入手，酚羥基和羧基的氫氧鍵是比較弱的化學鍵，因此其呈現(xiàn)出較強的酸性。為何其是較弱的鍵呢？這時從原子雜化方式和電子效應上分析，和苯環(huán)直接相連的氧為SP2雜化，氧對苯環(huán)有給電子的共軛效應和吸電子的誘導效應，而共軛效應占優(yōu)，因此氧對于苯環(huán)是給電子的，苯環(huán)對于氫氧鍵為吸電子的，會使得氫氧鍵電子云密度降低，氫容易解離，從而具有一定的酸性。也可以利用氫解離以后生成的苯氧基負離子和羧基負離子的穩(wěn)定性來考慮，由于共軛效應的存在，負電荷可分散在苯環(huán)上，故而穩(wěn)定性較高，氫解離所需要的活化能較低，反應容易進行。

2.2 見微知著，反應蘊含智慧

在學習有機化學時，構建不同化合物和有機化學反應之間的關聯(lián)，整體把握知識脈絡非常關鍵。而在這個過程中，明析反應機理，總結反應規(guī)律是建立聯(lián)系的前提。根據(jù)反應過程的不同，有機化學反應可以分為以下三類，經(jīng)過碳正離子或碳負離子中間體的離子型反應、經(jīng)過自由基中間體的自由基反應、無中間體一步完成的協(xié)同反應。而對反應機理進行細化，離子型反應可以分為由親電試劑發(fā)起進攻的親電反應和親核試劑發(fā)起進攻的親核反應。根據(jù)反應產(chǎn)物的結構特征，親電反應可分為親電取代反應和親電加成反應。學生學習到具體的化學反應時，除了掌握這個反應的機理和產(chǎn)物特征之外，更應該拓寬思路，構建其與整體有機化學體系的聯(lián)系。以丙烯和氯化氫發(fā)生親電加成反應為例。首先通過“丙烯氣體和氯化氫氣體相遇會發(fā)生什么故事？”，“為何氣氣混合卻有液滴形成？”，“產(chǎn)物為何符合馬氏規(guī)則”等一系列問題啟發(fā)學生思考。而后通過探究式教學，引導學生深入挖掘，層層遞進。從1-丙烯來分析，雙鍵中π鍵容易發(fā)生極化，受到親電試劑HCl的進攻，經(jīng)碳正離子中間體的機理發(fā)生親電加成。由于氫正離子進攻不同的雙鍵碳產(chǎn)生的碳正離子穩(wěn)定性不同，故而氫傾向于加到含氫較多的雙鍵碳上。在此階段，引導學生更深入理解不同碳正離子的穩(wěn)定性，從碳正離子的雜化方式、誘導效應、超共軛效應等多方面進行分析；對于反應過程，從活化能的角度去理解；對于反應產(chǎn)物，和鹵代烴類化合物以及鹵代烴的消除反應建立聯(lián)系；對于反應條件，和在過氧化物存在下的溴化氫與不對稱烯烴反應發(fā)生的自由基加成反應建立聯(lián)系。再聯(lián)系同樣是親電試劑進攻芳香烴雙鍵卻發(fā)生親電取代反應的過程，引導學生思索親電加成和親電取代的共性和差異性。

從反應現(xiàn)象到反應機理，以“電子效應”來分析結構，以“穩(wěn)定性”原理來解釋反應。一個反應，就將親電反應、親核反應和自由基反應系統(tǒng)的結合起來。教師在課堂上幫助學生將不同知識點進行串聯(lián)，形成葡萄串式的知識體系，提高學習效率。而在這個過程中，我們實踐發(fā)現(xiàn)，思維導圖的應用對于梳理有機化合物之間聯(lián)系，建立系統(tǒng)的有機化學知識體系是非常有益的。教師可通過組織思維導圖大賽，或?qū)⑺季S導圖作為過程性考核部分的形式鼓勵學生使用。

2.3 要學機理找共性，更要類比找不同

我們在學習有機化學機理時，通常著重的是不同有機化學反應之間的共性。然而同類化合物以及同類反應之間的對比也是需要重點關注的。以水楊酸的酸性為例，教師應啟發(fā)學生思考，水楊酸和苯甲酸相比較，酸性哪個更強？羥基和羧基的相對位置不同，鄰羥基苯甲酸與間羥基苯甲酸、對羥基苯甲酸的酸性相比較呢？而在學習制備阿司匹林的反應時，啟發(fā)學生討論為何會用醋酸酐，而不用乙酸或乙酰氯等？這樣就會讓學生對不同羧酸衍生物的親核取代反應速率進行對比。而在對比的過程中，學生會對影響有機化學反應的諸多因素，如共價鍵強弱、活性中間體穩(wěn)定性、電子效應、空間效應等知識點進一步的鞏固，最終做到融會貫通，靈活應用。

3 結語

在有機化學課程教學中，積極進行“啟發(fā)式”興趣驅(qū)動調(diào)動學生學習的積極性。在課堂教學中，緊緊圍繞結構決定性質(zhì)這一主旨。首先從官能團、共價鍵強弱、雜化方式對化合物結構進行分析，而后從電子效應、空間效應、電子云密度和穩(wěn)定性原理等角度，引導學生逐步建立化合物結構與性質(zhì)之間的聯(lián)系。其次，通過思維導圖的形式，從單個的化學反應或化合物進行拓展延伸，促使學生建立葡萄串式知識鏈體系。此外，鼓勵學生在分析化合物共性的同時，要善于類比，挖掘個性知識點并加以總結，以獲得良好的教學效果。