“葡萄糖分子結構”教學感悟

朱懷義

摘要：葡萄糖是最重要、最常見的單糖，是多官能團物質的典型代表。對其分子組成和結構的推斷包含許多解題技能。文章結合典型習題，談燃燒法、式量差法等在確定有機分子結構中的應用，由此感悟教學要到位而不可缺位。

關鍵詞：葡萄糖；結構分析；燃燒法；式量差

文章編號：1008-0546（2014）07-0084-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.032

葡萄糖為綠色植物光合作用的產物，是地球生命所需能量的來源；應當說，學生對葡萄糖早已有所了解。當在選修模塊專題5《生命活動的物質基礎》再次學習時，怎樣把握教學的起點？通過對開鏈型葡萄糖分子結構的探究教學，怎樣協同學生梳理知識“脈線”？我們還應做怎樣的知識補充，以保證教學到位、不越位，但也不缺位？下面談下自己的感悟。

一、把握概念內涵、辯證對待俗稱

葡萄糖是組成最簡單的糖嗎？多數學生都不假思索地表示認同，而將糖的概念（多羥基醛或多羥基酮以及能水解生成多羥基醛或多羥基酮的化合物）棄置腦后 。此時，教師要耐心地引導學生：最簡單的糖一定屬于單糖、分子中至少含兩個羥基；考慮到同一碳原子上連有兩個羥基結構不穩定，所以組成最最簡單的糖是甘油醛或甘油酮。

人們曾習慣稱糖類物質為“碳水化合物”，對此，你有怎樣的看法？通過“暢所欲言”，首先肯定人們對糖類組分特點的歸納意識；其次，指出名稱的局限性：如鼠李糖（C6H12O5）、脫氧核糖（C5H10O4）等分子中的氫和氧的原子數的比不是2∶1；而許多分子式符合Cm（H2O）n通式的化合物，卻不屬于糖類。為了深化認識、強化學生書寫同分異構的能力，有必要引導學生完成下面表格。

二、落實探究歷程、強化解題技能

教材在P90以交流討論、填寫表格的探究形式，完成對葡萄糖分子結構的推導。

1.檢測“燃燒法確定有機物組成”技能的掌握情況

由探究活動①，我們可判斷葡萄糖的組成元素及實驗式（最簡式）為CH2O；由探究活動②，可確定葡萄糖的分子式為（CH2O）6 ，即C6H12O6。此問看似平淡、細品卻很“經典”，尤其是氧元素是否含有及氧元素質量的求算，是《認識有機物》（專題1）的必經之路，也是最基本的計算技能要求；但學生掌握的情況并不好，需要進一步強化。

練習：稱取4.5g某有機物A，在過量的氧氣中充分燃燒。把燃燒后的氣體先緩慢通過裝有無水CaCl2的干燥管，干燥管增重2.7g；再把剩余氣體通過裝有足量NaOH溶液的洗氣瓶，洗氣瓶增重6.6g。已知A蒸氣的密度是相同條件下H2的45倍，試通過計算確定有機物A的分子式。

學生對有機物是否含有氧元素的判斷有兩種角度。一是比較有機物與燃燒產物中碳、氫元素質量之和；二是先求參加反應氧氣的質量（據質量守恒），再與燃燒產物中氧元素質量之和相比較。對有機物A分子式（C3H6O3）的確定，多數學生按先求最簡式，后求化學式的模式；也有學生直接推求分子中所含各原子個數。做法都很好，值得向其他同學推薦。

2. 綜合利用化學性質，遞推葡萄糖分子結構

我們曾學過用“譜線分析法”（見專題1）確定有機物的分子結構。通過探究活動③、④、⑤，教材向我們傳達出綜合利用化學性質的“遞推分析法”；由此使學生進一步體會性質反映結構，根據性質反推結構的化學思想。其中，確定分子中羥基數目的原理和技能，要求學生理解并能熟練運用。

探究活動④表明分子中含有醛基、探究活動⑤表明分子中6個碳原子是直鏈形；結合對有機分子穩定性的結構特點要求，即可推出葡萄糖分子是直鏈、五羥基一元醛。

提示：纖維素與醋酸纖維的物質的量相等、由葡萄糖單元式量為162，結合二者之間的質量關系，可推算醋酸纖維鏈節的式量為288，進而可求每個葡萄糖單元中醇羥基數目：（288-162）÷42=3。故纖維素的組分表達為[C6H7O2（OH）3]n ，與足量的乙酸酐作用得醋酸纖維的化學反應方程式為：

三、延伸探究思想、教學要到位不缺位

新課程強調教學要分層次、循序漸進；但由于課時緊張，所以教學的實際情形是教學沒有越位、而是嚴重缺位。說實話，教學不能脫離學生可接受能力的實際、也不可無視高考選拔的要求，教學應真正到位。

1. 換個角度看酯化反應，有機分子中羧基數目推求

練習：[教材P86.4]某有機物A廣泛存在于多種水果中。經測定，A的相對分子質量為134，A僅含碳、氫、氧三種元素，且分子中沒有甲基。A既可以與乙醇發生酯化反應，又可以與乙酸發生酯化反應，且測得A與乙醇完全酯化所得有機產物的相對分子質量為190。試推斷A的分子式和結構簡式。

簡析：A中含有羧基的數目為：（190-134）÷28=2。A中含有羥基數目討論：假設羥基數為1，則剩余基團式量為27，成分是“C2H3”；假設羥基數為2，則剩余基團式量為10，沒有化學意義。所以A的分子式為C4H6O5 。由于A分子中沒有甲基，所以，剩余基團“C2H3”的結構簡式為“[CH2—CH—] ”；其中，空位分為兩類，所以“-OH”可連在亞甲基碳上，也可連在次甲基碳上；故A結構簡式為：CH2（OH） CH （COOH）2或HOOCCH2CH（OH）COOH（蘋果酸）。

2. 依賴事實、運用推理，認識物質的結構和性質

結構決定性質，性質體現結構。 在學習典型官能團的性質后，我們丟下了對譜線分析的依賴，走進了用性質揭示結構的殿堂。根據實驗事實，運用邏輯推理，是研究物質性質和結構的重要方法，也是認識事物本質的一種思維方式。

示例：A—F為只含C、H、O的化合物，有關它們的某些信息，已注明在相應的方框內。endprint

（1） 在化合物A～F中有酯的結構的化合物是（填字母代號） 。

（2） 寫出化合物A和F的結構簡式：（A） 、（F） 。

解析：“選擇氧化”情形源于葡萄糖溶液與銀氨溶液反應生成葡萄糖酸。由A的性質可知A中含有醛基、至少還有醇羥基或羧酸基的其中之一。A→D的條件是選擇氧化，說明A中含有兩種還原性基團；C、D相對分子質量相差84，可知A分子中含有2個醇羥基，結合D相對分子質量，可推知D為甘油酸、A為甘油醛。然后按A→D→E→F和A→B→C→F 衍變路線，即可判斷含酯結構的化合物和F的結構簡式。

答案：（1） BCEF （2）A、F的結構簡式見下圖。

練習：由葡萄糖發酵可得乳酸（C3H6O3），為研究乳酸的分子結構，進行了下述實驗：

（1）稱取0.90 g乳酸兩份，其一與足量金屬鈉反應、另一與足量碳酸氫鈉反應，結果都生成224 mL 氣體（標準狀況），則乳酸的結構簡式可能為 或 。

（2）為進一步確定乳酸的結構，某探究小組設計了下列方案，你認為可行的有 。

A.檢驗其能否與乙醇發生發生酯化反應

B.檢驗其能否發生消去反應

C.檢驗其催化氧化的產物能否發生銀鏡反應

D.取樣分析，比較獲得的氫核磁共振譜

簡析：（1）比較乳酸與金屬鈉、碳酸氫鈉反應生成氣體體積，可知乳酸分子中各含有一個羥基和羧基。乳酸的結構簡式可能為CH2 （OH）CH2COOH或CH3CH（OH）COOH。（2）二者均可與乙醇發生發生酯化反應、發生消去反應后都得到丙烯酸，所以AB錯誤。α-羥基丙酸催化氧化產物為丙酮酸，氫核磁共振譜圖有四個峰、峰面比為3∶1∶1∶1；β-羥基丙酸催化氧化產物為丙醛酸，氫核磁共振譜圖也有四個峰、但峰面比為1∶2∶2∶1。答案：CD。

葡萄糖和乳酸、油酸及氨基酸都是典型的多官能團化合物。如何根據結構、全面把握性質？可以說，“葡萄糖分子結構”的教學片段為我們提供了范例；因此，在實際組織教學時，我們應打開視角，不必僅僅拘泥于葡萄糖結構和性質的知識本身，而應盡可能多地教會學生處理問題的思想和技能！

參考文獻

[1] 王祖浩.有機化學基礎[M].南京：江蘇教育出版社，2013：90-91endprint

（1） 在化合物A～F中有酯的結構的化合物是（填字母代號） 。

（2） 寫出化合物A和F的結構簡式：（A） 、（F） 。

解析：“選擇氧化”情形源于葡萄糖溶液與銀氨溶液反應生成葡萄糖酸。由A的性質可知A中含有醛基、至少還有醇羥基或羧酸基的其中之一。A→D的條件是選擇氧化，說明A中含有兩種還原性基團；C、D相對分子質量相差84，可知A分子中含有2個醇羥基，結合D相對分子質量，可推知D為甘油酸、A為甘油醛。然后按A→D→E→F和A→B→C→F 衍變路線，即可判斷含酯結構的化合物和F的結構簡式。

答案：（1） BCEF （2）A、F的結構簡式見下圖。

練習：由葡萄糖發酵可得乳酸（C3H6O3），為研究乳酸的分子結構，進行了下述實驗：

（1）稱取0.90 g乳酸兩份，其一與足量金屬鈉反應、另一與足量碳酸氫鈉反應，結果都生成224 mL 氣體（標準狀況），則乳酸的結構簡式可能為 或 。

（2）為進一步確定乳酸的結構，某探究小組設計了下列方案，你認為可行的有 。

A.檢驗其能否與乙醇發生發生酯化反應

B.檢驗其能否發生消去反應

C.檢驗其催化氧化的產物能否發生銀鏡反應

D.取樣分析，比較獲得的氫核磁共振譜

簡析：（1）比較乳酸與金屬鈉、碳酸氫鈉反應生成氣體體積，可知乳酸分子中各含有一個羥基和羧基。乳酸的結構簡式可能為CH2 （OH）CH2COOH或CH3CH（OH）COOH。（2）二者均可與乙醇發生發生酯化反應、發生消去反應后都得到丙烯酸，所以AB錯誤。α-羥基丙酸催化氧化產物為丙酮酸，氫核磁共振譜圖有四個峰、峰面比為3∶1∶1∶1；β-羥基丙酸催化氧化產物為丙醛酸，氫核磁共振譜圖也有四個峰、但峰面比為1∶2∶2∶1。答案：CD。

葡萄糖和乳酸、油酸及氨基酸都是典型的多官能團化合物。如何根據結構、全面把握性質？可以說，“葡萄糖分子結構”的教學片段為我們提供了范例；因此，在實際組織教學時，我們應打開視角，不必僅僅拘泥于葡萄糖結構和性質的知識本身，而應盡可能多地教會學生處理問題的思想和技能！

參考文獻

[1] 王祖浩.有機化學基礎[M].南京：江蘇教育出版社，2013：90-91endprint

（1） 在化合物A～F中有酯的結構的化合物是（填字母代號） 。

（2） 寫出化合物A和F的結構簡式：（A） 、（F） 。

解析：“選擇氧化”情形源于葡萄糖溶液與銀氨溶液反應生成葡萄糖酸。由A的性質可知A中含有醛基、至少還有醇羥基或羧酸基的其中之一。A→D的條件是選擇氧化，說明A中含有兩種還原性基團；C、D相對分子質量相差84，可知A分子中含有2個醇羥基，結合D相對分子質量，可推知D為甘油酸、A為甘油醛。然后按A→D→E→F和A→B→C→F 衍變路線，即可判斷含酯結構的化合物和F的結構簡式。

答案：（1） BCEF （2）A、F的結構簡式見下圖。

練習：由葡萄糖發酵可得乳酸（C3H6O3），為研究乳酸的分子結構，進行了下述實驗：

（1）稱取0.90 g乳酸兩份，其一與足量金屬鈉反應、另一與足量碳酸氫鈉反應，結果都生成224 mL 氣體（標準狀況），則乳酸的結構簡式可能為 或 。

（2）為進一步確定乳酸的結構，某探究小組設計了下列方案，你認為可行的有 。

A.檢驗其能否與乙醇發生發生酯化反應

B.檢驗其能否發生消去反應

C.檢驗其催化氧化的產物能否發生銀鏡反應

D.取樣分析，比較獲得的氫核磁共振譜

簡析：（1）比較乳酸與金屬鈉、碳酸氫鈉反應生成氣體體積，可知乳酸分子中各含有一個羥基和羧基。乳酸的結構簡式可能為CH2 （OH）CH2COOH或CH3CH（OH）COOH。（2）二者均可與乙醇發生發生酯化反應、發生消去反應后都得到丙烯酸，所以AB錯誤。α-羥基丙酸催化氧化產物為丙酮酸，氫核磁共振譜圖有四個峰、峰面比為3∶1∶1∶1；β-羥基丙酸催化氧化產物為丙醛酸，氫核磁共振譜圖也有四個峰、但峰面比為1∶2∶2∶1。答案：CD。

葡萄糖和乳酸、油酸及氨基酸都是典型的多官能團化合物。如何根據結構、全面把握性質？可以說，“葡萄糖分子結構”的教學片段為我們提供了范例；因此，在實際組織教學時，我們應打開視角，不必僅僅拘泥于葡萄糖結構和性質的知識本身，而應盡可能多地教會學生處理問題的思想和技能！

參考文獻

[1] 王祖浩.有機化學基礎[M].南京：江蘇教育出版社，2013：90-91endprint