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  • 浅析常见几类有机推断题的思维盲点及突破策略
    文章来源:admin  点击数:33  时间:2017-09-18 11:01:06

    浅析常见几类有机推断题的思维盲点及突破策略

    吴翀云

    (江苏省溧水高级中学,江苏南京211200)

    作者信息:吴翀云(1979- ),女,大学本科学历,中学高级教师,现主持省级重点课题一项。

    摘要有机推断题作为有机知识考查的载体,已成为每年高考各地考试的必考成熟题型。从近几年的高考题或模拟题中的典型素材进行研究,对有机推断题型方面做适当的归类和总结,试图找到解决这类问题的基本途径和一般方法,同时,解剖解题过程中容易出现的思维误区与盲点,力图打破僵化的思维定势,提高解题效率。

    关键词有机推断类型;解题思路;思维盲点

    有机推断题作为有机知识考查的载体,已成为每年高考各地考试的必考成熟题型。有机推断通常以工业上某重要有机物的合成路线的方式呈现,将有机化学的知识框架和逻辑结构内植于路线之中,将部分反应条件及产物留空,需要学生依据已知的流程及信息,回答有关问题。其中,顺利地推断出未知的有机物是解决有机题的关键,它不仅考查有机化学知识和性质反映结构的化学思维,也经常涉及定性与定量结合以及概念的灵活运用,同时也是对读取陌生信息及利用信息解决问题能力的考验。

    近年来关于有机推断的文章,主要在这类题型的考查方向和解题的一般流程及一般方法上作出了较多的研究和论述。笔者认为,学生在掌握一般的流程和方法后,对于方法的理解和灵活应用及解题过程中的误区和盲点往往更会阻碍解题的速度和准确率,因此,笔者以近几年江苏高考试题或模拟试题中典型素材为研究对象,解读有机推断题的呈现类型,挖掘隐含的有机思维,归纳解决问题的一般途径和方法,同时,指出在运用各类技巧时学生容易出现的思维定势,剖析解题过程中容易出现的思维误区与盲点,提高解题效率。

    1 基于概念的应用

    有机化学中常见概念有:有机物的类别及官能团种类、同分异构体类型以及反应类型等。

    12013·江苏扬州大学附中4月)已知下列过程中邻异丙基苯酚与物质A发生了加成反应,试写出A的结构简式。

    分析:邻异丙基苯酚与物质A反应,生成叶蝉散,根据加成反应特点:原子利用率为100%,可以通过邻异丙基苯酚和叶蝉散的组成差异求出物质A的分子式为C2H3NO双键参与反应,从邻异丙基苯酚到叶蝉散,结构从—OH变成—OOCNHCH3,结构中的N—H键和C―O键都是新形成的(见如下分析过程),

    组成为C2H3NO

    因此,将N―H键和C—O键断开即得A的结构简式为O=C=NCH3 (如下分析过程)


    CH3N=C=O异氰酸甲酯其结构中含有不饱和键,因此具有高活性,容易与一些带活性基团的有机或无机物反应,生成胺酯,如与多元醇、聚醚、聚酯酰胺等含活性羟基化合物反应生成氨基甲酸酯。

    有时,已知信息条件和问题交换,逆向呈现问题时,则需要从变化的结果去分析变化的原因,考查了学生的逆向思维。

    22014·苏锡常镇徐连二模)下列转化过程中,C→D的反应可分为两步,其反应类型为_____________


    分析:从CD的转变中,醛基中双键消失,又形成了新的C=N双键,根据键型的变化,双键参与,发生加成反应,新双键的形成,发生消去反应。

    可见,从键型的变化推断反应类型的一般规律是:消去反应一般的表现是出现新的不饱和键(如C=CC≡CC=NN=N等);加成反应的一般表现是不饱和键的消失(如C=CC≡CC=NN=N等),如酚醛树脂的合成、羟醛缩合(2CH3CHO→CH3CH=CHCHO+H2O);取代反应则一般由单键参与。

    值得一提的是,在应用概念推断反应类型时,常常只关注结构变化而不考虑反应条件的因素,如的转化,只关注表面上的变化,误认为-COOH取代了-CN,然而反应条件中没有含-COOH的物质,取代反应不能发生。再如,,反应物中没有含氨基的物质,不是-NH2取代了-NO2而是-NO2的脱氧加氢,是还原反应。

    可见,在应用概念时,学生常常先入为主,以过去的经验来对待遇到的新问题。我们在教学中,需要紧扣概念本身,经常加深对概念的理解,不经验化,不先入为主,避免走入概念误区。

    2基于试剂和反应条件分析

    32013·江苏高考改编)化合物A(分子式为C6H6O)是一种有机化工原料,在空气中易被氧化。A 的有关转化反应如下(部分反应条件略去)

    已知:

    R表示烃基,R′R″表示烃基或氢)

    1)分别写出ABCD的结构简式:。

    2FD互为同分异构体。写出反应E→F的化学方程式:

    分析:(1)从A的分子式C6H6O,结合G的结构,推测A为苯酚,A催化加氢还原得B为环己醇,B→C的转化教材中没有涉及,因此,C的结构推断有以下几种方法:基于重铬酸钾在有机转化中的作用,可将仲醇氧化为酮;结合C→D转化的条件,可知C是酮的结构;结合C→E的条件及E的结构,直接推断C为环己酮。(2)根据C→DC为环己酮,D,F与D为同分异构体,可知F为,方程式为

    根据试剂和反应条件推断产物,一般将课标中要求的常见有机物的基本转化和陌生转化的信息结合起来,依据转化过程中的变化及试剂特征进行推断。提供的信息,有时对结构的指向很明确,构不成解题难点,但若需要两次应用条件或涉及空间构型的变化,则难度便随之而加大。如维尼纶的合成过程[1]中聚乙烯醇和甲醛的缩合中,利用缩醛反应形成六元环结构(如下所示):

    聚乙烯醇的结构一般表示为,而改写成的形式才有利于结构的推断,这样的转变需要思维的发散性和创造性。

    又如,乌洛托品(六甲基四胺)的合成中[2](如下所示),多次利用与酚醛树脂合成相似的反应原理——醛基与活性氢的加成,而这样的原理在人教版选修5的教材中也以思考与交流的形式出现过,要求利用酚醛树脂的合成原理写出尿素与甲醛合成脲醛树脂的结构[3]

    3 基于组成和性质

    42015·江苏高考节选)根据下列合成路线,写出B的结构简式。

    一般地,如果给了分子式,经常需要通过化学组成计算不饱和度,B不饱和度为Ω==8,而A的不饱和度为9,A→B的过程中,不饱和度从9变为8,且组成上氢原子数目增大2,结合B→C,可推知B为

    在这类推断中,有时需要综合分析整个流程路线得出结论,如副产物的推断问题。

    5(2011·江苏高考节选)敌草胺是一种除草剂。它的合成路线如下:

    C不经提纯,产物敌草胺中将混有少量副产物E(分子式为C23H18O3),E是一种酯。E结构简式为________________

    分析:若C不经提纯,则C中可能含有BH+反应的产物1-萘酚,该分子中有10个碳原子,结合信息——E是酯且分子中有23个碳原子,可知E1-萘酚与C中羧基反应成酯的产物。其结构简式为

    4 基于反应机理的推断与解读

    62012·江苏高考改编)化合物H 是合成药物盐酸沙格雷酯的重要中间体,其合成路线如下:

    G→H的转化中,有少量副产物I(与H互为同分异构体),则I的结构简式为____

    分析:对比GH的结构得出GH有以下差异:G中的环氧三元环消失;H中出现了含氮的部分,该部分来自反应物(CH3)2NH。采取下列步骤推断反应机理:GH中给对应的部分碳原子编号,如图;

    依据对应的编号分析反应机理为G中三元环的a键和 (CH3)2NH中的N—H键分别断裂后生成H

    基于同样的反应原理,副产物I可能是b键和 (CH3)2NH中的N—H键分别断裂后形成新的物质;

    能解读反应原理,一般对学生思维要求是中敏锐型层次[4],即能通过两次中间事件或事物与起点相连的思维层次,能对发散性问题做一些联想、类比、转换、想象的能力,能将题中所给的信息,按内在联系整合成规律,并能进行推理。因此,在解决此类问题时,需要鼓励学生根据提供信息,多进行假设和求证,同时对于复杂的有机物,还需要加入一些小技巧,如给碳原子编号,以更清楚地认识有机合成路线中化学键的断裂与形成及官能团的演变关系。

    5 基于计算

    计算用于有机推断一般有以下几种类型:组成的计算;不饱和度的计算;官能团数目的计算。

    7 (2007北京丰台期末改编) 苹果醋(ACV)是一种由苹果发酵而成的酸性饮品,具有解毒.降脂等药效,主要酸性物质为苹果酸。苹果酸在分离提纯后的化学分析如下:相对分子质量不超过150,完全燃烧后只生成CO2H2O,分子中CH质量分数分别为w(C)35.82%,w(H)4.48%;1 mol该酸与足量的NaHCO3反应放出44.8 L CO2该分子中存在四种化学环境不同的碳原子,氢原子处于五种不同的化学环境。回答下列问题:
    苹果酸的分子式为              ,分子中有________个羧基。
    写出苹果酸的结构简式____________________________

    分析:由C、H的质量分数求得w(O)=100%-35.82%-4.48%=59.72%

    C:H:O=::==4:6:5

    苹果酸的最简式为C4H6O5,设其分子式为(C4H6O5)n,又因相对分子质量不超过150,即134n≤150,n=1,即分子式为C4H6O5

    由1mol该酸与NaHCO3反应放出44.8LCO2(标况),可知结构中含2个羧基;根据分子式C4H6O5和不饱和度Ω=2,可分析结构中除了2个羧基外还1个氧为饱和氧。又因为存在四种化学环境不同的碳原子和五种不同化学环境的氢原子,氢原子的种类比碳原子多,可推断该饱和氧上必定连有氢原子,即以羟基形式存在,且所含的两个羧基也必定不是对称的。因此得出如下结构:

    然而,当计算题型特点不明显,常常会走入解题误区。

    8 (2014广东七校联考)已知A+(CH3CO)2O→+CH3COOH,且反应物的物质的量之比为11,则A的结构简式为____________

    分析:这是一个中学未涉及的反应类型,芳香醛和酸酐可发生类似羟醛缩合反应,最终得到α,β-不饱和芳香酸,称为Perkin反应,该反应一般用来制备肉桂酸及其同系物。

    化学家们提出的一个历程是酸根负离子作为质子的接受体,把酸酐变为负离子,该负离子对芳香醛发生亲核加成反应生成中间体1,该中间体从乙酸中接受质子生成中间体2,中间体2脱水并水解生成产物,历程表示如下[5]

    在本题中,给出了反应方程式及反应物的物质的量之比,因此在不了解反应机理的情况下,对于这样的超纲题型,不宜从反应机理的角度入手,而只需根据质量守恒定律,推断出A的分子式为C7H6O,不饱和度Ω==5,根据生成物的信息可推得A为苯甲醛。

    在笔者所任教的班级,在解答此题时,多数学生认为A是苯甲醇,当被问及理由时,学生大多是停留在对反应原理的无理由揣测基础上的猜测。可见,计算这种定量研究的方法在有机推断技巧中还处于被忽略或被低层次应用阶段,因此,在教学中,还需多鼓励学生从定性和定量的不同角度去分析和理解有机反应,避免因研究方法单一化、理解片面化而造成学生对计算型推断不敏感而束手无策。

          有机推断题目层出不穷,信息变化多端,然而,在教学过程中,多注意从结构决定性质角度、从反应条件角度、从反应机理角度以及从定量角度加以训练,形成一定的思维方法和解题程序,同时注意创新,避免唯经验化和思维的僵化,以提高学生的化学素养。

    参考文献:

    [1][2][5]王积涛,胡青眉,张宝申,王永梅.有机化学[M].天津:南开大学出版社,1993:344347523.

    [3]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础(选修)(第2版)[M].北京:人民教育出版社,2007108~109.

    [4]黄茂灵.   高中生学习有机化学的思维障碍及其解决策略研究 [D]. 华东师范大学. 2015

    [6]魏红.如何解高考题中的有机推断题[J].中学化学教学参考,2015,(7):66~67.

    注:本文发表于《化学教学》2016.07