朱鵬飛 孫逸明

摘要：當(dāng)前的化學(xué)教學(xué)中，教育內(nèi)容的主體是西方科學(xué)研究的成果，較少見(jiàn)中國(guó)科學(xué)家的貢獻(xiàn)。針對(duì)這一問(wèn)題，在蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》“科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物”單元中，選取我國(guó)科學(xué)家對(duì)青蒿素的研究素材，從有機(jī)物的分離提純、結(jié)構(gòu)測(cè)定、結(jié)構(gòu)修飾和合成三方面講好中國(guó)科學(xué)家故事，注重體現(xiàn)中國(guó)化學(xué)家對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)，增強(qiáng)文化自信，幫助學(xué)生發(fā)展“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：文化自信; 中國(guó)科學(xué)家; 物質(zhì)分離提純; 結(jié)構(gòu)測(cè)定

文章編號(hào)：1005-6629（2020）09-0053-06

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1?引言

文化自信是“一個(gè)民族、一個(gè)國(guó)家、一個(gè)政黨對(duì)自身所擁有的文化及其價(jià)值的充分肯定和積極踐行”，是“對(duì)自身文化生命力的堅(jiān)定信心和對(duì)自身優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的堅(jiān)守和創(chuàng)新”[1]。從內(nèi)容來(lái)看，它是指對(duì)中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、中國(guó)革命文化和社會(huì)主義先進(jìn)文化的自信[2]。普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）指出，課程內(nèi)容要有機(jī)融入社會(huì)主義核心價(jià)值觀(guān)、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、革命文化和社會(huì)主義先進(jìn)文化教育內(nèi)容，不斷增強(qiáng)文化自信[3]。在此精神指導(dǎo)下，新版的高中化學(xué)教材特別重視體現(xiàn)文化自信相關(guān)內(nèi)容的編寫(xiě)，精選體現(xiàn)中國(guó)特色的情境素材，注重傳統(tǒng)文化和中國(guó)化學(xué)家對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，化學(xué)教學(xué)體現(xiàn)文化自信的研究成果并不多，中學(xué)化學(xué)教育的內(nèi)容主體是西方科學(xué)研究的成果，較少見(jiàn)中國(guó)科學(xué)家的貢獻(xiàn)。究其原因，一方面，近代科學(xué)發(fā)端于西方，移植并本土化融合西方化學(xué)學(xué)科體系后，我國(guó)化學(xué)學(xué)科才得以誕生和發(fā)展;另一方面，中國(guó)科學(xué)家對(duì)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展作出諸多貢獻(xiàn)，中學(xué)教育研究者對(duì)其挖掘不夠，目前僅有侯氏制堿法和人工合成結(jié)晶牛胰島素等少數(shù)實(shí)例進(jìn)入教材。如何在中小學(xué)科學(xué)教育中融入我國(guó)科技發(fā)展的重要成果，激發(fā)青少年探索科技未知和攻克科技難題的熱情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感是亟待突破的問(wèn)題[4]。筆者認(rèn)為，可行的方法之一就是講好中國(guó)科學(xué)家的故事，精選我國(guó)科學(xué)家的真實(shí)案例，挖掘這些案例背后蘊(yùn)含的真知灼見(jiàn)。

蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教科書(shū)專(zhuān)題1第二單元“科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物”主要內(nèi)容包括有機(jī)物組成、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)的研究。根據(jù)自身的教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合與其他教師的交流反饋，筆者發(fā)現(xiàn)，這部分內(nèi)容涉及的知識(shí)點(diǎn)較少，高考考查的難度也不大，但一些分析儀器和分析技術(shù)的原理理解難度較大。因此，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，通常僅結(jié)合簡(jiǎn)單有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要分析燃燒法、質(zhì)譜法、紅外光譜法等原理，很少研究知識(shí)的素養(yǎng)價(jià)值。學(xué)術(shù)期刊上鮮見(jiàn)相關(guān)的教學(xué)成果，也在一定程度上反映出以上教學(xué)現(xiàn)狀[5]。2016年，再次開(kāi)展這部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，教材中的一段話(huà)吸引了筆者的注意：“人類(lèi)對(duì)有機(jī)化合物的研究經(jīng)歷了‘從天然的動(dòng)植物中提取、分離出一些純凈物‘研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用‘根據(jù)需要對(duì)有機(jī)化合物分子進(jìn)行設(shè)計(jì)和合成的不同的發(fā)展過(guò)程，這是有機(jī)化學(xué)發(fā)展的必經(jīng)之路?！边@段話(huà)清晰地描述了科學(xué)家研究有機(jī)化合物的過(guò)程，不僅指出了測(cè)定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的一般方法，還展示了科學(xué)家研究有機(jī)物的內(nèi)容、過(guò)程和創(chuàng)新。這部分教學(xué)內(nèi)容可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的情意價(jià)值。

近年來(lái)，學(xué)術(shù)界越發(fā)關(guān)注科學(xué)知識(shí)的情意價(jià)值。從形成和發(fā)展的過(guò)程來(lái)看，科學(xué)知識(shí)不是簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)成果，而是科學(xué)家們刻苦勤奮、鍥而不舍地追求真理，以生命和熱情譜寫(xiě)的壯麗華章，與信息層面的科學(xué)知識(shí)相比，科學(xué)知識(shí)背后隱藏的真實(shí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷史，對(duì)學(xué)生有著更深遠(yuǎn)的人文教育內(nèi)涵[6]。在2011年和2015年，我國(guó)科學(xué)家屠呦呦憑借其對(duì)青蒿素研究作出的杰出貢獻(xiàn)分別獲得美國(guó)拉斯克醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)及諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。筆者通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)：瘧疾曾經(jīng)嚴(yán)重威脅全人類(lèi)的安全，自1967年起，我國(guó)500多名科研人員聯(lián)合開(kāi)發(fā)抗瘧新藥，花費(fèi)近二十年時(shí)間，先后經(jīng)歷提取有效成分、獲得晶體、測(cè)定結(jié)構(gòu)、合成與修飾、廣泛應(yīng)用的過(guò)程。我國(guó)科學(xué)家發(fā)揚(yáng)了不畏艱難、通力合作、勇于創(chuàng)新的科研精神，為戰(zhàn)勝瘧疾、挽救成千上萬(wàn)人的生命作出了巨大貢獻(xiàn)[7]。在“科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物”的教學(xué)中，筆者精心選取中國(guó)科學(xué)家研究青蒿素的情境素材，講好中國(guó)科學(xué)家的故事，整合科學(xué)知識(shí)的信息價(jià)值、探究?jī)r(jià)值和情意價(jià)值，先后進(jìn)行多輪次教學(xué)?，F(xiàn)將主要的教學(xué)設(shè)計(jì)思路和教學(xué)過(guò)程陳述如下，期待能為其他教師的教學(xué)提供有益的借鑒。

2?教學(xué)設(shè)計(jì)思路和目標(biāo)

2.1?教學(xué)設(shè)計(jì)思路

筆者所處的地區(qū)目前處于“實(shí)施新課標(biāo)，使用舊教材”的教材過(guò)渡期。設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，應(yīng)先認(rèn)真研讀新課標(biāo)，對(duì)比新舊課標(biāo)相關(guān)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的差異，再確定教學(xué)內(nèi)容，篩選教學(xué)素材。表1比較了新舊課標(biāo)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的差異，可以概括為：精簡(jiǎn)了“元素含量測(cè)定”，弱化了“實(shí)驗(yàn)方法”，強(qiáng)化了“儀器分析”?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀》指出，弱化化學(xué)分析手段，適當(dāng)強(qiáng)化儀器分析手段的原因是新型儀器技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前有機(jī)化學(xué)研究的基本工具。由于學(xué)生仍舊使用舊教材，本節(jié)課并未過(guò)多弱化實(shí)驗(yàn)方法，同時(shí)強(qiáng)化儀器分析的內(nèi)容，考慮到本節(jié)課素材青蒿素結(jié)構(gòu)的測(cè)定不僅需要紅外光譜、核磁共振，更依賴(lài)于X射線(xiàn)衍射，它是確定有機(jī)物空間結(jié)構(gòu)的重要手段，故而本節(jié)課簡(jiǎn)要介紹X射線(xiàn)衍射的測(cè)定方法。

在教學(xué)過(guò)程中，以“中國(guó)科學(xué)家對(duì)青蒿素的研究”為素材，依次介紹天然產(chǎn)物的分離和提純、有機(jī)物組成和結(jié)構(gòu)的測(cè)定、有機(jī)物的結(jié)構(gòu)修飾和合成（見(jiàn)圖1）。該素材有以下三個(gè)方面的重要意義：第一，青蒿素的發(fā)現(xiàn)和研究本身就是科學(xué)創(chuàng)新，是我國(guó)對(duì)世界科學(xué)發(fā)展的重要貢獻(xiàn);第二，中國(guó)科學(xué)家對(duì)青蒿素的提取、結(jié)構(gòu)測(cè)定、合成和應(yīng)用均進(jìn)行了大量的研究，完整地展現(xiàn)了科學(xué)家研究有機(jī)物的全過(guò)程，與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān);第三，一大批化學(xué)工作者為青蒿素的研究孜孜不倦、夙興夜寐，甚至以身殉職，他們的故事值得流傳，他們的堅(jiān)強(qiáng)信念和敬業(yè)精神能夠激勵(lì)青少年樹(shù)立遠(yuǎn)大理想、歷練品格，增進(jìn)青少年對(duì)“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”的認(rèn)識(shí)。

有機(jī)物組成和結(jié)構(gòu)的測(cè)定是“科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物”單元的核心內(nèi)容。我國(guó)科學(xué)家研究青蒿素的歷程相當(dāng)艱辛，使用了各種各樣的實(shí)驗(yàn)和儀器分析方法，青蒿素的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，相關(guān)圖譜不易理解，不宜將青蒿素作為直接的探究對(duì)象。相反，乳酸（α-羥基丙酸）結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，相關(guān)圖譜易懂，在食品、醫(yī)療等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，又是學(xué)生較為熟悉的物質(zhì)。因此，經(jīng)過(guò)討論，筆者將乳酸作為補(bǔ)充探究對(duì)象，設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，在青蒿素研究的背景下幫助學(xué)生充分理解研究有機(jī)物的過(guò)程和方法。

為了激發(fā)學(xué)生參與課堂教學(xué)的熱情，避免化學(xué)史料的平鋪直敘，筆者采取了若干措施。第一，精心挖掘亮點(diǎn)素材：屠呦呦提取抗瘧疾有效成分、倪慕云等還原青蒿素并探究其結(jié)構(gòu)、梁麗利用X射線(xiàn)衍射技術(shù)最終確定青蒿素的分子結(jié)構(gòu);第二，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性較強(qiáng)的問(wèn)題：測(cè)定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)可以從哪些角度入手、確定官能團(tuán)的種類(lèi)及碳骨架是否等價(jià)于確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu);第三，演示青蒿素分子空間模型的搭建方法。

2.2?教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)青蒿素的發(fā)現(xiàn)、研究與應(yīng)用的交流研討，了解科學(xué)家研究有機(jī)物的過(guò)程，掌握有機(jī)物結(jié)構(gòu)測(cè)定的一般方法，培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”等學(xué)科核心素養(yǎng)。

知道紅外光譜、核磁共振等現(xiàn)代儀器分析方法在有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用，能結(jié)合簡(jiǎn)單圖譜信息分析、判斷有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)。

3?教學(xué)過(guò)程

3.1?有機(jī)物分離與提純的研究

[引入]上世紀(jì)六七十年代，我國(guó)一大批科技工作者對(duì)青蒿素開(kāi)展了大量的研究，為戰(zhàn)勝瘧疾、挽救成千上萬(wàn)人的生命作出了巨大貢獻(xiàn)。屠呦呦女士是其中的佼佼者，獲得了2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，成為我國(guó)第一位獲得諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)的本土科學(xué)家。那么，科學(xué)家是如何研究有機(jī)物的？今天，我們一起踏上青蒿素的研究之旅。

[提問(wèn)]這幅圖片（見(jiàn)圖2）出現(xiàn)在2015年諾貝爾獎(jiǎng)發(fā)布的關(guān)于青蒿素的文獻(xiàn)中。請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真觀(guān)察，結(jié)合我們已有的認(rèn)識(shí)，思考青蒿素的研究可能會(huì)經(jīng)歷怎樣的過(guò)程。

[學(xué)生]圖片有植物青蒿，說(shuō)明需要從天然植物分離提純出青蒿素，然后測(cè)定其結(jié)構(gòu)。

[教師]總結(jié)討論結(jié)果，說(shuō)明科學(xué)家對(duì)有機(jī)物的研究包括：天然產(chǎn)物的分離和提純、物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的測(cè)定及物質(zhì)結(jié)構(gòu)修飾和合成。

[化學(xué)史實(shí)1]為什么我國(guó)要研究青蒿素？青蒿素的研究發(fā)端于20世紀(jì)60年代的越南戰(zhàn)爭(zhēng)，當(dāng)時(shí)瘧疾肆虐，瘧原蟲(chóng)已經(jīng)對(duì)治瘧特效藥氯喹產(chǎn)生了抗藥性。瘧疾流行嚴(yán)重的越南向中國(guó)政府尋求幫助。1967年5月，國(guó)家科委和總后勤部召開(kāi)研究瘧疾防治藥物的工作會(huì)議，確定了“523項(xiàng)目”，集中全國(guó)科技力量，共同研發(fā)抗瘧藥。523項(xiàng)目組篩選了大量化合物和中草藥，中藥青蒿（植物黃花蒿）進(jìn)入了人們的視野[11]。

[提問(wèn)]從青蒿中提取抗瘧疾的有效成分是科學(xué)家研究的首要內(nèi)容。請(qǐng)大家回憶一下常見(jiàn)的物質(zhì)分離和提純的方法有哪些？

[學(xué)生]過(guò)濾、萃取、分液和蒸餾等。

[教師]屠呦呦之所以獲得諾貝爾獎(jiǎng)，原因之一是她首次使用乙醚提取青蒿中的有效成分。在今天看來(lái)，這一方法非常簡(jiǎn)單，那么在幾十年前經(jīng)歷了怎樣的發(fā)現(xiàn)過(guò)程呢？

[化學(xué)史實(shí)2]1969年，屠呦呦研究小組發(fā)現(xiàn)中藥青蒿具有抗瘧疾效果，但用水煎熬青蒿所得的提取劑無(wú)效，青蒿的乙醇提取物藥效也不高。屠呦呦看了東晉葛洪《肘后備急方》中將青蒿“絞汁”用藥的經(jīng)驗(yàn)，從“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”截瘧，想到高溫可能會(huì)破壞青蒿提取物，改用沸點(diǎn)比乙醇低的乙醚萃取。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，于1971年分離獲得的青蒿中性提取物樣品顯示對(duì)鼠瘧原蟲(chóng)100%抑制率[12]。

3.2?有機(jī)化合物組成和結(jié)構(gòu)測(cè)定的研究

3.2.1?有機(jī)物組成的研究

[過(guò)渡]屠呦呦研究小組成功分離并結(jié)晶出青蒿素后，緊接著面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是測(cè)定其組成和結(jié)構(gòu)，你覺(jué)得可以從哪些角度測(cè)定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)？

[學(xué)生]所含元素種類(lèi)、分子式、相對(duì)分子質(zhì)量、官能團(tuán)及其在碳骨架上的位置等。

[教師]總結(jié)學(xué)生回答，歸納測(cè)定有機(jī)物組成和結(jié)構(gòu)的角度（見(jiàn)圖3）。

[教師]如何確定青蒿素的元素種類(lèi)及元素原子最簡(jiǎn)整數(shù)比呢？請(qǐng)閱讀課本信息提示（李比希法測(cè)定和元素分析儀法測(cè)定）。

[化學(xué)史實(shí)3]1972年，青蒿素分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定工作啟動(dòng)，一大批化學(xué)工作者為此進(jìn)行了艱苦卓絕的奮斗，借助元素分析儀，測(cè)出青蒿素中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.72%、H為7.86%，不含有奎寧等抗瘧藥物中常含有的N;利用質(zhì)譜儀測(cè)得青蒿素的相對(duì)分子質(zhì)量為282，由此確定青蒿素的分子式為C15H22O5[13]。

[教師]展示乳酸樣品。它是人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中代謝的產(chǎn)物，除了元素分析儀，我們還可以使用李比希法測(cè)定其元素組成。將9.0g有機(jī)物R在裝置中充分氧化燃燒，并使其產(chǎn)物依次通過(guò)高氯酸鎂、燒堿石棉，發(fā)現(xiàn)兩者分別增重5.4g和13.2g，質(zhì)譜儀測(cè)定其相對(duì)分子質(zhì)量為90，請(qǐng)計(jì)算乳酸分子式。

[學(xué)生]C3H6O3。

3.2.2?有機(jī)物結(jié)構(gòu)的測(cè)定

[教師]青蒿素的分子式一經(jīng)確定，42個(gè)原子的空間排布便成了亟待解決的難題。我們需要測(cè)定碳骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的種類(lèi)及位置。請(qǐng)大家相互討論，可以通過(guò)哪些方法進(jìn)一步探索青蒿素的分子結(jié)構(gòu)。

[學(xué)生]學(xué)生1：根據(jù)高一所學(xué)的知識(shí)，官能團(tuán)可以通過(guò)其特征反應(yīng)來(lái)判斷。例如醛基可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)。

學(xué)生2：可以先列出其可能含有的結(jié)構(gòu)，然后逐一檢驗(yàn)。

學(xué)生3：乳酸的結(jié)構(gòu)測(cè)定可以采用剛才同學(xué)說(shuō)的方法，但青蒿素含15個(gè)碳原子，同分異構(gòu)體較多，我覺(jué)得首先確定其含有哪些官能團(tuán)，再確定碳骨架是鏈狀的還是環(huán)狀的。

[教師]科學(xué)家研究的思路和我們剛才的討論是一致的，那就是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和儀器分析確定含有哪些官能團(tuán)。青蒿素能被硼氫化鈉還原，且還原產(chǎn)物分子式為C15H24O5，已知硼氫化鈉不與碳碳雙鍵或碳碳三鍵反應(yīng)。你覺(jué)得這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明青蒿素中存在何種官能團(tuán)？

[學(xué)生]青蒿素與其被還原后的產(chǎn)物分子式相差2個(gè)H，說(shuō)明其含有羰基。

[化學(xué)史實(shí)4]除了上述實(shí)驗(yàn)外，科學(xué)家用碘量法和三苯膦定量方法證明青蒿素分子內(nèi)存在過(guò)氧鍵;用堿處理青蒿素，或在常溫常壓下以鈀-碳酸鈣為催化劑使其氫化，分子即失去過(guò)氧鍵;羰基能被硼氫化鈉還原成羥基，再用三氧化鉻氧化，羥基又轉(zhuǎn)化為羰基?？茖W(xué)家還通過(guò)紅外光譜發(fā)現(xiàn)，青蒿素具有一個(gè)六元環(huán)內(nèi)酯（1745cm-1）和過(guò)氧鍵（831cm-1， 881cm-1， 1115cm-1），這與化學(xué)方法測(cè)定的結(jié)論基本一致[14]。

[教師]紅外光譜是利用有機(jī)化合物分子中不同基團(tuán)的特征吸收頻率不同，測(cè)試并記錄有機(jī)化合物對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的紅外光吸收情況，根據(jù)紅外光譜分析，可以初步判斷該有機(jī)化合物中具有哪些基團(tuán)。

[教師]展示乳酸的紅外光譜圖（見(jiàn)圖4）。根據(jù)譜圖分析其可能含有哪些基團(tuán)？

[教師]核磁共振譜是樣品分子在特定磁場(chǎng)中吸收一定頻率的電磁輻射而產(chǎn)生的圖譜，圖譜中的信號(hào)反映了原子核的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，信號(hào)的位置和強(qiáng)度與原子核所處的環(huán)境密切相關(guān)。常見(jiàn)的核磁共振譜包括氫譜和碳譜。核磁共振氫譜中，處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫原子在圖譜上對(duì)應(yīng)信號(hào)峰的位置不同，而且峰的面積與氫原子數(shù)成正比，由此可推斷出有機(jī)化合物分子中不同化學(xué)環(huán)境的氫原子數(shù)目的比值。通過(guò)核磁共振氫譜，我們可以判斷青蒿素中每個(gè)碳原子所連的氫原子數(shù)目（見(jiàn)圖6）。

[教師]展示乳酸的核磁共振氫譜圖（見(jiàn)圖7）。乳酸中有四種化學(xué)環(huán)境不同的氫原子，其個(gè)數(shù)比為3∶1∶1∶1，結(jié)合紅外光譜信息，請(qǐng)大家寫(xiě)出乳酸的結(jié)構(gòu)式。

[學(xué)生]CH3CH（OH）COOH。

[過(guò)渡]通過(guò)化學(xué)方法和波譜分析我們已經(jīng)初步了解了青蒿素的結(jié)構(gòu)，那么至此青蒿素的空間結(jié)構(gòu)完全確定了嗎？

[教師]無(wú)論是化學(xué)反應(yīng)還是波譜分析只能確定青蒿素分子的若干片段，這些片段的排列有多種可能，結(jié)果不唯一。分子的立體空間結(jié)構(gòu)究竟如何仍是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。

[化學(xué)史實(shí)6]20世紀(jì)70年代初我國(guó)科學(xué)家用X射線(xiàn)衍射方法成功測(cè)定了胰島素的立體結(jié)構(gòu)。受此啟發(fā)，523項(xiàng)目將測(cè)定青蒿素立體結(jié)構(gòu)的任務(wù)交給了中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所。梁麗、李鵬飛發(fā)揚(yáng)攻克胰島素結(jié)構(gòu)的精神，不畏艱難，勇于創(chuàng)新，在動(dòng)亂封閉的時(shí)代，運(yùn)用新方法通過(guò)單晶X射線(xiàn)衍射技術(shù)確定了青蒿素的三維分子結(jié)構(gòu)及其具有活性的絕對(duì)構(gòu)型。X射線(xiàn)衍射能夠測(cè)定晶體中晶胞參數(shù)，推算得到晶胞中所有原子的坐標(biāo)，從而計(jì)算出原子間的距離，判斷哪些原子間存在化學(xué)鍵以及化學(xué)鍵的類(lèi)型，最終確定分子的空間結(jié)構(gòu)[16]。

[教師]演示青蒿素分子空間模型的搭建方法。

3.3?青蒿素結(jié)構(gòu)的修飾和合成研究

[過(guò)渡]科學(xué)家發(fā)現(xiàn)青蒿素可治療瘧疾并了解其中的原理后，又發(fā)現(xiàn)其存在一些缺陷。研發(fā)療效更高的抗瘧藥物，就需要改變青蒿素的結(jié)構(gòu)，這稱(chēng)為有機(jī)物結(jié)構(gòu)的修飾。

[化學(xué)史實(shí)7]在青蒿素的結(jié)構(gòu)中，過(guò)氧鍵是主要的抗瘧活性基團(tuán)。在保留過(guò)氧鍵的基礎(chǔ)上，將內(nèi)酯環(huán)的羰基還原成羥基可以增加藥效，還原產(chǎn)物成為雙氫青蒿素，這是新一代抗瘧藥，其藥效比青蒿素高十倍。若在羥基上引入乙?；?，抗瘧活性可進(jìn)一步提高。這表明，在保留過(guò)氧鍵的基礎(chǔ)上，修飾部分結(jié)構(gòu)可以提高藥物的生物活性。這一構(gòu)效關(guān)系的發(fā)現(xiàn)為新藥創(chuàng)制提供了思路。在此思路指導(dǎo)下，青蒿琥酯、蒿甲醚等抗瘧藥先后研發(fā)上市[17]。

[教師]青蒿素研究的另外關(guān)鍵一步是人工合成。在進(jìn)行合成工作前我們需要設(shè)計(jì)合成路線(xiàn)，后續(xù)我們將深入地學(xué)習(xí)有機(jī)合成內(nèi)容。

[化學(xué)史實(shí)8]在明確了青蒿素的空間結(jié)構(gòu)后，科研人員便開(kāi)始致力于其化學(xué)全合成工作。從1978年到1984年初，研究人員歷時(shí)5年多實(shí)現(xiàn)了青蒿素的全合成，目前青蒿素的全合成已經(jīng)有多種途徑。上海有機(jī)化學(xué)研究所許杏祥等完成了我國(guó)首次青蒿素的全合成，他們以香草醛為原料，經(jīng)過(guò)中間體青蒿酸最后合成青蒿素，整個(gè)過(guò)程需要近20步反應(yīng)[18～20]。

[討論]今天這節(jié)課我們以青蒿素的發(fā)現(xiàn)、研究和應(yīng)用為主體了解科學(xué)家如何研究有機(jī)物，你覺(jué)得我國(guó)科學(xué)家對(duì)青蒿素的研究給你留下了怎樣的啟示？

[總結(jié)]始于上世紀(jì)六十年代的青蒿素研究歷程，反映了我國(guó)科學(xué)家們的執(zhí)著與堅(jiān)韌、智慧與才能、開(kāi)拓與進(jìn)取，群策群力追求科學(xué)的精神，希望同學(xué)們能夠繼續(xù)努力，發(fā)揚(yáng)光大，將來(lái)探索科技未知，實(shí)現(xiàn)個(gè)人與國(guó)家的共同成長(zhǎng)。

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