王亞會(huì)

唐山市海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)第二中學(xué)

求同存異巧解化學(xué)題

王亞會(huì)

唐山市海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)第二中學(xué)

在解決化學(xué)問(wèn)題時(shí)，充分運(yùn)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(dá)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(diǎn)，保留不同意見。在化學(xué)解題中，通過(guò)對(duì)問(wèn)題條件的認(rèn)真觀察，充分挖掘物質(zhì)之間的相同點(diǎn)和不同之處，挖掘內(nèi)在規(guī)律，將無(wú)規(guī)律變成有規(guī)律，能夠極大的簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程，從而達(dá)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(gè)四肽，它可以看做是4個(gè)氨基酸縮合掉3個(gè)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(gè)多肽是幾肽？（2）該多肽水解后，有幾個(gè)谷氨酸？（3）該多肽水解后，有幾個(gè)苯丙氨酸？

分析：（1）已知多肽由幾個(gè)氨基酸脫水縮合而成，它就是幾肽。通過(guò)觀察可知，形成該多肽的四種氨基酸分子的共同特點(diǎn)是每個(gè)氨基酸中都有一個(gè)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(gè)氨基酸分子脫去9個(gè)水形成分子式為C55H70N10O19的十肽，則10個(gè)氨基酸分子C、H、O、N總數(shù)為C55H70N10O19+9H2O= C55H88N10O28。通過(guò)觀察，四種氨基酸的不同之處在于除谷氨酸每個(gè)分子中含有四個(gè)“O”外，其余的氨基酸分子中均含有兩個(gè)“O”。

方法I：設(shè)谷氨酸分子有x個(gè)，其余氨基酸分子數(shù)目為y個(gè)。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(gè)，其余氨基酸數(shù)目為6個(gè)。

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

（3）4個(gè)谷氨酸分子C、H、O、N總數(shù)為C20H36N4O16，10個(gè)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(gè)，丙氨酸有b個(gè)，苯丙氨酸為c個(gè)，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(gè)方程式解得a=1，b=2，c=3。即苯丙氨酸的數(shù)目為3個(gè)。

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(gè)羧基，一個(gè)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(wú)其他不飽和結(jié)構(gòu)，Ω=1，苯丙氨酸除含有一個(gè)羧基外，還含有一個(gè)苯環(huán)，Ω=5。筆者設(shè)想通過(guò)不飽和度的差異來(lái)求解苯丙氨酸的數(shù)目。已知35個(gè)C原子，按照飽和結(jié)構(gòu)計(jì)算含有氫原子總數(shù)為（35×2+2）+6+5×2=88個(gè)(解釋：“35×2+2”含義為“C”為飽和結(jié)構(gòu)時(shí)，n個(gè)C對(duì)應(yīng)“2n+2”個(gè)H；“+6”含義為每引入一個(gè)-NH2，相當(dāng)于是一個(gè)“H”被一個(gè)“-NH2”替代，則有幾個(gè)“-NH2”，氫原子個(gè)數(shù)就多幾，所以有6個(gè)“-NH2”對(duì)應(yīng)多6個(gè)“H”；比較難理解的是“5×2”的含義，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，n個(gè)CH4對(duì)應(yīng)氫原子個(gè)數(shù)為4n個(gè)，含有n個(gè)碳的飽和烷烴含有的氫原子數(shù)為2n+2個(gè)，即將n個(gè)飽和結(jié)構(gòu)的分子連在一起“H”共減少4n-(2n+2)=2(n-1)個(gè)，所以6個(gè)飽和結(jié)構(gòu)的分子連在一起個(gè)氫原子數(shù)減少了5×2=10個(gè)。我們總結(jié)一個(gè)公式，對(duì)于C原子數(shù)為n、N原子數(shù)為x的m肽分子，m個(gè)氨基酸分別按飽和結(jié)構(gòu)計(jì)算對(duì)應(yīng)“H”數(shù)為2n+2+x+2(m-1)個(gè))。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(gè)，6個(gè)飽和分子中H原子數(shù)為88個(gè)，即H原子共減少了36個(gè)，即18個(gè)Ω。由6個(gè)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(gè)苯環(huán)有4個(gè)Ω，則苯環(huán)數(shù)目為3個(gè)，即共有3個(gè)苯丙氨酸。

為驗(yàn)證上面推論的準(zhǔn)確性，我們來(lái)快速求解類似的問(wèn)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(gè)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(gè)氨基酸分子中均含有一個(gè)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(gè)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(gè)以外，其他均為1個(gè)（即由羧基產(chǎn)生的Ω），已知羧基共產(chǎn)生6個(gè)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(gè)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(shí)能優(yōu)化運(yùn)算過(guò)程，提高解題速度和效率。

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

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