论有机化学复习中学科思想方法的渗透

浙江 应化德

有机化学基础是中学化学学科的重要组成部分，有机化学知识具有鲜明的学科特点，是学生相对容易掌握的内容，但有些学生在学习过程中也遇到很多困难，考查时容易失分，追究其原因，笔者认为主要是缺乏学习有机化学特有的思想方法。如：快速书写同分异构体时要关注环状与双键的转化、原子组成的变化以及对称思想的运用等；快速判断物质的变化过程及推导有机物结构要运用定位反应思想；学习过程中要关注化学反应环境、基团保护、基团相互影响等化学学科思想的渗透。

一、有机物同分异构体的快速书写

同分异构体有碳链异构、官能团的位置异构、官能团种类异构、顺反异构和对映异构(不要求)。现在考查最多的是原子团的变化与原子的插入和环状、链状、双键的相互转化等。

问题1：NH2—CH2—COOH与CH3CH2NO2为什么是同分异构体？

一般回答是分子式相同而结构不同，实际上可以从另一个角度分析结构，—COOH含有一个双键，同样—NO2也含有一个双键(见后面硝酸分子结构)，两个官能团的不饱和程度是一样的。由此可以快速判断以下有机物A、B、C是否为同分异构体：

A B C

除苯环外有机物A、C中侧链的—NO2、—CHO存在双键，而B的侧链是饱和的，由此可快速判断 B不是A的同分异构体，C是A的同分异构体，不用数H原子数。

问题2：CH3COOH有多少种同分异构体？写出所有结构简式。

(1)遇FeCl3溶液呈紫色；

(2)核磁共振氢谱表明分子中有4种氢原子。

【参考答案】

【解题策略】快速书写同分异构体的思想方法归纳如下：

(1)数出碳碳双键个数，注意碳碳双键及环状的转化；

(2)按信息要求确定各种基团或基本框架；

(3)具有对称的思想，符合H原子的不同环境；

(4)清晰基团的结构，清晰其饱和性，如：

(注：→表示配位键，可理解为单键)

二、基团快速定位的思想

这里基团定位思想包括两层意思：

一是指分子中基团取代位置的定位反应思想。例如：苯环上的定位反应，教材上有隐含定位反应的思想，苯环上的第二取代基的位置受已存在基团的影响。反应方程式有：

Br2和溴苯发生取代反应时，在邻位或对位上取代，间位取代几乎很少。

HNO3和硝基苯发生取代反应时，在间位上取代，邻对位取代几乎很少。

苯酚缩聚在邻位上(在对位上也有缩聚反应，因反应条件不同而不同)。

硝酸取代甲苯为邻对位上的三取代反应。

上述有机反应都是重要的定位反应，有些是邻对位取代，有些是间位取代，是有机化学反应的重要规律，体现定位反应思想和基团相互影响的学科思想。

二是指快速判断流程图中的定位反应历程，推导未知物的结构简式。

【例题2】(改编题)某研究小组按下列路线合成药物胃复安：

请回答：

(1)写出化合物A的结构简式：________。

(2)设计化合物C经两步反应转变为D的合成路线： (用流程图表示)。

浙江省的有机题的合成路线以分子式为主，增加了有机推断的难度，一定要用快速定位的思想方法才能顺利推导有机物的结构。

(2)C→D的转化中，C分子中的—OH变为—OCH3可通过已知信息实现，D引入了—Cl可根据已学知识解决，由于这里的定位反应顺序要求过高，两基团的引入可不考虑顺序。

(3)这个流程设计涉及甲苯，先氧化还是先取代的定位反应，还涉及基团保护等学科思想。甲苯应先被硝基取代再被氧化，若先氧化甲苯，再取代硝基就会在间位取代，本题还涉及还原反应和基团保护，合成路线参考如下：

【参考答案】

三、分子对称的思想

从分子内部原子的相互作用，排斥力达到最小且平衡时分子最稳定可知对称性是分子稳定性的一种方式。

结构如下：

四面体结构 平面结构 直线结构 平面结构

当乙烷四面体去掉2个H原子后，到乙烯的平面结构受力最平衡，再去掉2个H原子后，变成直线结构最稳定(也可用杂化理论解释)。原子间的相互作用，使分子结构发生变化，得到相应的结构，这是排斥力达到最小的稳定结构，也是体现了高度对称性导致分子稳定性增强的规律。

对称思想用于理解和解题时很有帮助，当分子的碳原子较多的时候，应具有高度对称的思想，否则会复杂而没头绪，对称思想可运用在有机物结构推断和前面提到的同分异构体的书写中。

【例题3】(改编题)化合物X是一种环境激素，存在如下转化关系：

化合物A能与FeCl3溶液发生显色反应，分子中含有两个化学环境完全相同的甲基，其苯环上的一硝基取代物只有两种。核磁共振氢谱显示化合物G的所有氢原子化学环境相同。F是一种可用于制备隐形眼镜的高聚物。

根据以上信息回答下列问题。

(1)下列叙述正确的是________。

A．化合物A分子中含有联苯结构单元

B．化合物A可以和NaHCO3溶液反应，放出CO2气体

C．X与NaOH溶液反应，理论上1 mol X最多消耗6 mol NaOH

D．化合物D能与Br2发生加成反应

(2)化合物C的结构简式是________，A→C的反应类型是________。

(3)写出同时满足下列条件的D的所有同分异构体的结构简式：________。

a .属于酯类 b．能发生银镜反应

(4)写出B→G反应的化学方程式：__________。

(5)写出E→F反应的化学方程式：__________。

(6)采用丙烷和苯为原料制备有机物A(C15H16O2)，请设计该合成路线(用流程图表示)。

【分析】整个流程均以分子式出现无结构简式，是高考多年来最难的有机题，推导流程中分子式多且相对分子质量大是浙江省高考有机的特色，题给信息也很少，对不熟悉教材、又不具备高度对称思想的学生来说，解此题会无从下手。

化合物A无联苯结构单元，是多苯代脂烃的结构单元，酚酸性比H2CO3弱，A不能与NaHCO3溶液反应，B生成D为消去反应，D含有碳碳双键能与Br2发生加成反应，D生成E为酯化反应，E生成F为加聚反应。

双酚A就是一种高度对称的分子，挖掘教材可得制备的化学方程式如下：

所以以丙烷制备丙酮，以苯制备苯酚再合成，流程见参考答案。

【参考答案】

(1)C、D

【点评】本题充分体现了浙江特色，以分子式为主的推导题，体现高度对称的思想，在平时教学过程中应充分挖掘教材的内容，教材中有关用丙酮与苯酚制备双酚A的描述，充分体现了有机化学的综合性。本题还考查了基本概念联苯的结构、水解反应、苯环上的定位取代反应、酯化生成环的反应、加聚反应、有条件限制的同分异构体的书写等，把有机化学的推导题考查推向了最高境界。