孫 瑩 郭玲香 張雪勤 楊 洪 林保平

(東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 211189)

有機(jī)化學(xué)是化學(xué)、化工、制藥、醫(yī)學(xué)、生物和環(huán)境等眾多專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程。由于有機(jī)化合物種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜多變、機(jī)理難以把握，使得有機(jī)化學(xué)成為一門學(xué)習(xí)難度很大，考試需要依賴死記硬背的課程。傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，教師主要按照有機(jī)化合物類別進(jìn)行逐章講解，對(duì)于不同章節(jié)之間的聯(lián)系盡管也常有梳理，然而側(cè)重點(diǎn)仍是在具體的化合物反應(yīng)性質(zhì)中。學(xué)生對(duì)反應(yīng)性質(zhì)的規(guī)律和不同反應(yīng)之間的聯(lián)系很模糊，難以建立起系統(tǒng)的長(zhǎng)效知識(shí)體系，考試過(guò)后所學(xué)知識(shí)很快就清零，無(wú)法做到學(xué)以致用。本文通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和探索，總結(jié)出了教師帶領(lǐng)學(xué)生攻克有機(jī)化學(xué)的關(guān)鍵切入點(diǎn)和思路。

1 興趣驅(qū)動(dòng)，尋找生活中的“有機(jī)化學(xué)”

培養(yǎng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣是保障高質(zhì)量教學(xué)效果的關(guān)鍵。有機(jī)化學(xué)和日常生活息息相關(guān)，因此將枯燥的專業(yè)知識(shí)和學(xué)生的切身生活體驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，營(yíng)造趣味橫生的魅力課堂是有機(jī)化學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。如從紅燒肉談起烹飪中的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)(糊化反應(yīng)、酯化反應(yīng)和美拉德反應(yīng)等)。緒論的教學(xué)中，有機(jī)化學(xué)發(fā)展歷史的介紹和生活中的有機(jī)化學(xué)案例討論是進(jìn)行興趣驅(qū)動(dòng)的重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)行積極的討論和思考，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，做到學(xué)以致用。如在學(xué)習(xí)到醛酮類化合物時(shí)，設(shè)計(jì)“除甲醛，你支招”討論環(huán)節(jié)；學(xué)習(xí)到胺類化合物時(shí)，討論“染發(fā)劑中的有機(jī)化學(xué)”等。

2 結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)關(guān)聯(lián)反應(yīng)，構(gòu)建有機(jī)化學(xué)思維

2.1 一葉知秋，結(jié)構(gòu)暗藏神機(jī)

在有機(jī)化學(xué)中，官能團(tuán)決定有機(jī)物的主要反應(yīng)性質(zhì)，也是學(xué)生認(rèn)識(shí)和命名化合物的第一步。但分析每一個(gè)化合物，都不應(yīng)該只停留在命名和官能團(tuán)上，還應(yīng)該從其化學(xué)鍵強(qiáng)弱、原子雜化方式、電子效應(yīng)、空間效應(yīng)、分子間作用力入手，深挖其結(jié)構(gòu)。其中，電子效應(yīng)和空間效應(yīng)是分析化合物性質(zhì)的重點(diǎn)，而穩(wěn)定性原理是攻克有機(jī)化學(xué)的制勝法寶。有機(jī)反應(yīng)通常趨向于生成較為穩(wěn)定的產(chǎn)物，從機(jī)理上講，基本都會(huì)遵循一條所需能量較低的反應(yīng)途徑，即經(jīng)過(guò)更為穩(wěn)定的中間體或過(guò)渡態(tài)。因此對(duì)整個(gè)反應(yīng)體系的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，尤為重要。而判斷方法則主要利用電子效應(yīng)和空間效應(yīng)來(lái)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(jìn)行分析，首先水楊酸的主要官能團(tuán)為羥基和羧基，其特征性質(zhì)是酸性。先從化學(xué)鍵入手，酚羥基和羧基的氫氧鍵是比較弱的化學(xué)鍵，因此其呈現(xiàn)出較強(qiáng)的酸性。為何其是較弱的鍵呢？這時(shí)從原子雜化方式和電子效應(yīng)上分析，和苯環(huán)直接相連的氧為SP2雜化，氧對(duì)苯環(huán)有給電子的共軛效應(yīng)和吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，而共軛效應(yīng)占優(yōu)，因此氧對(duì)于苯環(huán)是給電子的，苯環(huán)對(duì)于氫氧鍵為吸電子的，會(huì)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(fù)離子和羧基負(fù)離子的穩(wěn)定性來(lái)考慮，由于共軛效應(yīng)的存在，負(fù)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(yīng)容易進(jìn)行。

2.2 見微知著，反應(yīng)蘊(yùn)含智慧

在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)時(shí)，構(gòu)建不同化合物和有機(jī)化學(xué)反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，整體把握知識(shí)脈絡(luò)非常關(guān)鍵。而在這個(gè)過(guò)程中，明析反應(yīng)機(jī)理，總結(jié)反應(yīng)規(guī)律是建立聯(lián)系的前提。根據(jù)反應(yīng)過(guò)程的不同，有機(jī)化學(xué)反應(yīng)可以分為以下三類，經(jīng)過(guò)碳正離子或碳負(fù)離子中間體的離子型反應(yīng)、經(jīng)過(guò)自由基中間體的自由基反應(yīng)、無(wú)中間體一步完成的協(xié)同反應(yīng)。而對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行細(xì)化，離子型反應(yīng)可以分為由親電試劑發(fā)起進(jìn)攻的親電反應(yīng)和親核試劑發(fā)起進(jìn)攻的親核反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特征，親電反應(yīng)可分為親電取代反應(yīng)和親電加成反應(yīng)。學(xué)生學(xué)習(xí)到具體的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，除了掌握這個(gè)反應(yīng)的機(jī)理和產(chǎn)物特征之外，更應(yīng)該拓寬思路，構(gòu)建其與整體有機(jī)化學(xué)體系的聯(lián)系。以丙烯和氯化氫發(fā)生親電加成反應(yīng)為例。首先通過(guò)“丙烯氣體和氯化氫氣體相遇會(huì)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(wèn)題啟發(fā)學(xué)生思考。而后通過(guò)探究式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘，層層遞進(jìn)。從1-丙烯來(lái)分析，雙鍵中π鍵容易發(fā)生極化，受到親電試劑HCl的進(jìn)攻，經(jīng)碳正離子中間體的機(jī)理發(fā)生親電加成。由于氫正離子進(jìn)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(dǎo)學(xué)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(dǎo)效應(yīng)、超共軛效應(yīng)等多方面進(jìn)行分析；對(duì)于反應(yīng)過(guò)程，從活化能的角度去理解；對(duì)于反應(yīng)產(chǎn)物，和鹵代烴類化合物以及鹵代烴的消除反應(yīng)建立聯(lián)系；對(duì)于反應(yīng)條件，和在過(guò)氧化物存在下的溴化氫與不對(duì)稱烯烴反應(yīng)發(fā)生的自由基加成反應(yīng)建立聯(lián)系。再聯(lián)系同樣是親電試劑進(jìn)攻芳香烴雙鍵卻發(fā)生親電取代反應(yīng)的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生思索親電加成和親電取代的共性和差異性。

從反應(yīng)現(xiàn)象到反應(yīng)機(jī)理，以“電子效應(yīng)”來(lái)分析結(jié)構(gòu)，以“穩(wěn)定性”原理來(lái)解釋反應(yīng)。一個(gè)反應(yīng)，就將親電反應(yīng)、親核反應(yīng)和自由基反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)合起來(lái)。教師在課堂上幫助學(xué)生將不同知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，形成葡萄串式的知識(shí)體系，提高學(xué)習(xí)效率。而在這個(gè)過(guò)程中，我們實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，思維導(dǎo)圖的應(yīng)用對(duì)于梳理有機(jī)化合物之間聯(lián)系，建立系統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)知識(shí)體系是非常有益的。教師可通過(guò)組織思維導(dǎo)圖大賽，或?qū)⑺季S導(dǎo)圖作為過(guò)程性考核部分的形式鼓勵(lì)學(xué)生使用。

2.3 要學(xué)機(jī)理找共性，更要類比找不同

我們?cè)趯W(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)機(jī)理時(shí)，通常著重的是不同有機(jī)化學(xué)反應(yīng)之間的共性。然而同類化合物以及同類反應(yīng)之間的對(duì)比也是需要重點(diǎn)關(guān)注的。以水楊酸的酸性為例，教師應(yīng)啟發(fā)學(xué)生思考，水楊酸和苯甲酸相比較，酸性哪個(gè)更強(qiáng)？羥基和羧基的相對(duì)位置不同，鄰羥基苯甲酸與間羥基苯甲酸、對(duì)羥基苯甲酸的酸性相比較呢？而在學(xué)習(xí)制備阿司匹林的反應(yīng)時(shí)，啟發(fā)學(xué)生討論為何會(huì)用醋酸酐，而不用乙酸或乙酰氯等？這樣就會(huì)讓學(xué)生對(duì)不同羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)速率進(jìn)行對(duì)比。而在對(duì)比的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)對(duì)影響有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的諸多因素，如共價(jià)鍵強(qiáng)弱、活性中間體穩(wěn)定性、電子效應(yīng)、空間效應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步的鞏固，最終做到融會(huì)貫通，靈活應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

在有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)中，積極進(jìn)行“啟發(fā)式”興趣驅(qū)動(dòng)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在課堂教學(xué)中，緊緊圍繞結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)這一主旨。首先從官能團(tuán)、共價(jià)鍵強(qiáng)弱、雜化方式對(duì)化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，而后從電子效應(yīng)、空間效應(yīng)、電子云密度和穩(wěn)定性原理等角度，引導(dǎo)學(xué)生逐步建立化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的聯(lián)系。其次，通過(guò)思維導(dǎo)圖的形式，從單個(gè)的化學(xué)反應(yīng)或化合物進(jìn)行拓展延伸，促使學(xué)生建立葡萄串式知識(shí)鏈體系。此外，鼓勵(lì)學(xué)生在分析化合物共性的同時(shí)，要善于類比，挖掘個(gè)性知識(shí)點(diǎn)并加以總結(jié)，以獲得良好的教學(xué)效果。