江蘇 居亞芬
同分異構(gòu)體的辨析和書寫是有機化學(xué)教學(xué)中的重難點,也成為高考江蘇卷“有機推斷與合成”一題中的固定考點。該考點既考查了學(xué)生對有機官能團結(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。但這一考點實際得分率并不高,較多學(xué)生選擇不作答該題以節(jié)省時間,而答題者也會有耗時較長并且常出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象。筆者結(jié)合課堂教學(xué)實踐,分不同環(huán)節(jié)對該考點進行解讀和應(yīng)用研究。
1.課標(biāo)分析
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》(以下簡稱“新課標(biāo)”)對選擇性必修課程模塊3《有機化學(xué)基礎(chǔ)》中有如下內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求:“認(rèn)識有機化合物的分子結(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)識有機化合物存在構(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同分異構(gòu)現(xiàn)象,能寫出符合特定條件的同分異構(gòu)體,能舉例說明立體異構(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)生理解有機化合物分子結(jié)構(gòu)的特點,體會碳原子結(jié)構(gòu)特征對其成鍵和分子空間結(jié)構(gòu)的決定作用。通過對有機化合物化學(xué)性質(zhì)的分析解釋活動,引導(dǎo)學(xué)生體會官能團、碳原子的飽和度和化學(xué)鍵的極性對有機化合物性質(zhì)的決定作用。
環(huán)節(jié)一 對結(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)的有機化合物為例:
【交流與討論1】
問題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的具體個數(shù)。
學(xué)生2:可以數(shù)C和O數(shù)目,然后根據(jù)Ω計算出H。
問題2:C物質(zhì)的不飽和度Ω應(yīng)如何分析?
學(xué)生:Ω=1時,分子中可能存在1個環(huán)、1個C=C或C=O,Ω=2時,分子中可能存在2個環(huán)、2個雙鍵或1個C≡C。
教師引導(dǎo):近10年的江蘇卷一般該項考查的同分異構(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+碳原子2個+溴原子1個+氧原子4個+Ω為1。因為Ω的存在,所以不需要氫原子的數(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+碳原子2個+溴原子1個+氧原子4個+Ω為1。
【交流與討論2】
問題3:根據(jù)限定性質(zhì)條件找到C物質(zhì)中除苯環(huán)外對應(yīng)的特征官能團
學(xué)生1:根據(jù)信息①說明含有酚羥基—OH,使用了【解析】中除苯環(huán)外的1個氧原子。
學(xué)生2:根據(jù)信息②說明含有酯基,使用了【解析】中除苯環(huán)外的1個碳原子、2個氧原子、Ω為1。
【交流與討論3】
問題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個酚羥基,可得出怎樣的基本模型?
【交流與討論4】
問題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)生在該項考查中有一定步驟,層層遞進的拼出同分異構(gòu)體。但上題中還存在一個重要環(huán)節(jié)沒有考查到,所以下面通過改編形式,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
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+碳原子3個+氧原子3個+Ω為3
(3)解讀條件①含有酚羥基結(jié)構(gòu)、無醛基,解讀條件②能水解說明有酯基,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個苯環(huán)+1個碳原子+3個氧原子+1個Ω,還需拼接上2個碳原子、2個Ω。用經(jīng)驗預(yù)測拼接在另一水解產(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+碳原子3個+氧原子3個+Ω為3
(3)解讀條件①含有—CHO結(jié)構(gòu),解讀條件②高度對稱結(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+碳原子3個+氧原子3個+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無酯基,考慮高度對稱結(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個碳原子和1個Ω,無法匹配。
隨著新一輪課程改革的推進,“模型認(rèn)知”作為一種科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)工具必將受到越來越多的重視和積極運用。而碎片、對接、組合模式的教學(xué),降低了學(xué)生書寫同分異構(gòu)體的難度,激發(fā)學(xué)生思維,有效避免重復(fù)和遺漏。在實踐中學(xué)生慢慢形成了書寫步驟,思維能力也獲得了更深的發(fā)展。在氫、氧原子處理的過程中存在靈活多變性,可以找到經(jīng)典例題進行變式訓(xùn)練,進一步拓展思維。