以蘋果為主線構(gòu)建有機(jī)化學(xué)復(fù)習(xí)

吳志勇++楊廣斌

摘要：在有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)高三復(fù)習(xí)課中，以蘋果為主線組織教學(xué)內(nèi)容，蘋果酸結(jié)構(gòu)的推斷復(fù)習(xí)有機(jī)化合物官能團(tuán)的性質(zhì)與有機(jī)化合物的推斷；蘋果的變色問題復(fù)習(xí)酚類物質(zhì)的性質(zhì)及氧化反應(yīng)；蘋果型香味劑的合成復(fù)習(xí)有機(jī)化合物的合成與提純。文章用具體的實(shí)例來拓展和深化學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)的認(rèn)識(shí)，勾連有機(jī)化學(xué)與生活的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：蘋果；有機(jī)化學(xué)；蘋果酸；酚類；有機(jī)合成

文章編號(hào)：1008-0546（2017）07-0059-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.017

一、一個(gè)蘋果中的有機(jī)化學(xué)

有機(jī)化學(xué)是高中化學(xué)的重要組成部分，且其在浙江省高考中占有很高的分值?？疾榈穆淠_點(diǎn)多是官能團(tuán)的性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的推斷，有機(jī)物的合成與分離。有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)種類多而復(fù)雜，性質(zhì)各有不同，要想扎實(shí)掌握高中有機(jī)化學(xué)知識(shí)，就要將高中有機(jī)化學(xué)主干知識(shí)通過一條主鏈串聯(lián)起來，由點(diǎn)及面，最后形成立體而全面的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

蘋果是我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅３Ｒ姷乃?，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，深受人們的喜愛。同時(shí)蘋果與有機(jī)化學(xué)的聯(lián)系也非常緊密。蘋果果皮的果蠟，就是一種烴類物質(zhì)。蘋果的果肉中含有豐富的糖類物質(zhì)，如淀粉纖維素等多糖物質(zhì)、葡萄糖等單糖物質(zhì)。成熟蘋果的獨(dú)特香氣以酯類和某些醇類物質(zhì)等揮發(fā)性物質(zhì)為主。切開的蘋果顏色褐變的原因與有酚類物質(zhì)的氧化有關(guān)。未成熟的蘋果的酸味主要由蘋果酸等酸類物質(zhì)引起。此外蘋果中還含有少量的氨基酸成分。蘋果中的有機(jī)物幾乎涵蓋了高中有機(jī)化學(xué)所有物質(zhì)種類。

有機(jī)化學(xué)知識(shí)與社會(huì)生產(chǎn)生活實(shí)際結(jié)合緊密，對(duì)高三有機(jī)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重化學(xué)關(guān)聯(lián)生活，突出生活中的化學(xué)素材在化學(xué)教學(xué)中的理解、融合和勾連作用。挖掘蘋果中的有機(jī)化學(xué)教學(xué)素材，重視與學(xué)生生活情境相結(jié)合。對(duì)各類有機(jī)物進(jìn)行串聯(lián)復(fù)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)參與性和探究興趣?；瘜W(xué)關(guān)聯(lián)生活，拓展和深化學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)的認(rèn)識(shí)，形成有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化與合成的核心素養(yǎng)。素養(yǎng)一旦養(yǎng)成，就會(huì)伴隨學(xué)生終身。若干年后，學(xué)生可能會(huì)忘記有機(jī)化學(xué)的具體知識(shí)，但是如果學(xué)生看到蘋果，就會(huì)聯(lián)想曾經(jīng)學(xué)生時(shí)代所學(xué)的有機(jī)化學(xué)相關(guān)知識(shí)，是對(duì)核心素養(yǎng)教學(xué)最好的褒獎(jiǎng)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

1. 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的推斷——蘋果酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的推斷

某有機(jī)化合物A廣泛存在于多種水果中，經(jīng)測(cè)定，A的相對(duì)分子質(zhì)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(fā)生酯化反應(yīng)，又可以與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)，且測(cè)得A與乙醇完全酯化所得有機(jī)產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量為190。試推斷A的分子式與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

設(shè)計(jì)意圖：未成熟的蘋果中的酸味主要由蘋果酸引起，蘋果酸對(duì)蘋果的口味有著重要的影響，由于蘋果酸的存在，使得蘋果具有甜中帶酸的獨(dú)特口感。市場(chǎng)中也有各種蘋果醋飲料，因此蘋果酸在生活中較為常見。通過對(duì)蘋果酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式推斷，讓學(xué)生感悟官能團(tuán)性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，掌握有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)推斷的一般方法。

2. 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究——蘋果褐變的原因探究

切開的蘋果過一段時(shí)間后顏色會(huì)由白色變成淺黃色，最終變成褐色（食品科學(xué)上通常稱為“褐變”現(xiàn)象）。引起蘋果褐變的原因有多種觀點(diǎn)[1]。

觀點(diǎn)1：蘋果中的亞鐵離子被空氣中的氧氣氧化成鐵離子而成黃色。

觀點(diǎn)2：蘋果中含有氧化酵素和酚類物質(zhì)，切開后酚類物質(zhì)與空氣中的氧氣接觸，在氧化酵素的催化作用下，酚類物質(zhì)被氧化成黃色的醌類物質(zhì)，生成的醌類物質(zhì)被繼續(xù)氧化并聚合為褐色物質(zhì)。本課教學(xué)設(shè)計(jì)主要對(duì)觀點(diǎn)2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

（1）將剛剛切開或削皮的蘋果立即放入熱水中（90～95℃）3～5min后取出，觀察現(xiàn)象。相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無明顯變化。

（2）將剛剛切開或削皮的蘋果表面立即分別滴加少量0.1mol/L的鹽酸和0.1mol/L的氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無明顯變化。

（3）將剛剛切開或削皮的蘋果表面立即分別滴加少量的食用白醋（pH=6）與小蘇打溶液（pH=8），觀察現(xiàn)象。很快蘋果發(fā)生褐變現(xiàn)象。

（4）將剛剛切開或削皮的蘋果表面立即分別滴加Vc溶液和Na2SO3溶液，觀察現(xiàn)象。相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無明顯變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：蘋果褐變的速率受酚氧化酵素的活性及含量、酚類物質(zhì)的含量、接觸氧氣的濃度等幾個(gè)因素的影響。所以使用酵素抑制劑（如檸檬酸、蘋果酸等）、使用防止酚類物質(zhì)被氧化的強(qiáng)還原劑物質(zhì)（如Vc溶液、Na2SO3溶液等）、將蘋果切片與空氣隔絕（如浸泡于冷開水、鹽水或用保鮮膜包起來等），都可以防止或延緩蘋果的褐變。

設(shè)計(jì)意圖：由于《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》主要是陳述性知識(shí)，不利學(xué)生理解和記憶。在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交流討論，通過蘋果變色原因的交流與討論使學(xué)生掌握氧化、還原等基本的有機(jī)反應(yīng)類型。同時(shí)應(yīng)重視探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，組織實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行科學(xué)判斷，提高學(xué)生的有機(jī)化學(xué)核心素養(yǎng)。

3. 有機(jī)化學(xué)合成——乙酸己酯的合成

蘋果有獨(dú)特的香味，未成熟蘋果無香氣，果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)以己醛、2-己烯醛等為主；成熟蘋果有香氣，果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)以酯類和某些醇類物質(zhì)為主。蘋果中的酯類物質(zhì)種類繁多，其中富士蘋果主要香氣成分以乙酸己酯為最多[2]。乙酸己酯合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下[3]：

將8.0mL己醇和9.6mL冰醋酸加入到干燥的100mL圓底燒瓶中，搖動(dòng)下慢慢加入2mL濃硫酸，充分混合均勻，加入沸石，裝上回流冷凝管，在石棉網(wǎng)上小火加熱回流，保持狀態(tài)1h。反應(yīng)完全后，稍冷后拆除回流裝置。 將燒瓶中的反應(yīng)液倒入分液漏斗，用20mL冷水分幾次淋洗燒瓶?jī)?nèi)壁，洗滌液并入分液漏斗。充分振蕩，靜置，待分液清晰后，分去下層水溶液。用10mL5%碳酸氫鈉水溶液洗滌，靜置后分去下層水溶液。再用10mL5%碳酸氫鈉水溶液洗滌一次，至水溶液對(duì)pH試紙呈堿性為止。然后酯層用7mL飽和氯化鈉溶液洗滌一次，分出水層。酯層轉(zhuǎn)入錐形瓶中。加入1g無水硫酸鎂干燥。 過濾除去干燥劑，將濾液濾入普通蒸餾裝置，加入沸石后加熱蒸餾，用干燥的量筒收集138～142℃餾分，量取體積，計(jì)算產(chǎn)率。

思考：

（1） 酯層用10mL5%碳酸氫鈉水溶液洗滌所除去的物質(zhì)。

（2）酯層用7mL飽和氯化鈉溶液洗滌所除去的物質(zhì)。

（3）用無水硫酸鎂干燥酯層的原因。

設(shè)計(jì)意圖：有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)的主要組成部分之一，且在浙江省化學(xué)選考中占較大分值，考查的知識(shí)點(diǎn)主要是有機(jī)藥物及有機(jī)藥物中間體的合成。乙酸乙酯的合成也是陌生有機(jī)物的合成，與有機(jī)藥物的合成有相通之處。同時(shí)，乙酸己酯合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)課本中乙酸乙酯合成實(shí)驗(yàn)的拓展和深化，結(jié)合《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》的相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生了解合成有機(jī)酸酯的反應(yīng)原理，掌握萃取、洗滌、蒸餾及純化液體有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以加深學(xué)生對(duì)有機(jī)合成與實(shí)驗(yàn)化學(xué)的相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。用實(shí)驗(yàn)有目的地滲透和強(qiáng)化有機(jī)合成的意識(shí)，確定有機(jī)化學(xué)最終服務(wù)于社會(huì)的思想。

三、教學(xué)反思

有機(jī)化學(xué)復(fù)習(xí)需要兼顧有機(jī)化學(xué)內(nèi)在的規(guī)律性和系統(tǒng)性，注意把握有機(jī)化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，建立“有機(jī)化合物—官能團(tuán)—有機(jī)化學(xué)反應(yīng)—性質(zhì)—有機(jī)合成—應(yīng)用”之間的聯(lián)系。蘋果是有機(jī)化合物復(fù)習(xí)素材的寶庫，可以根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)復(fù)習(xí)課內(nèi)容進(jìn)行拓展和補(bǔ)充，如烴類物質(zhì)、醇類物質(zhì)、糖類物質(zhì)及氨基酸等復(fù)習(xí)。也可以設(shè)計(jì)成系列微課，讓學(xué)生課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

教無定法，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)高中課程改革和高考改革的要求，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，充分挖掘蘋果中有機(jī)化學(xué)復(fù)習(xí)的資源，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與創(chuàng)新，從而使學(xué)生感受有機(jī)化學(xué)的規(guī)律性和系統(tǒng)性，提高學(xué)生基本的有機(jī)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 任雪明，吳文中.高中化學(xué)教學(xué)疑難問題研析[M].杭州：浙江教育出版社，2015：111-115

[2] 趙峰， 王少敏等. 頂空固相微萃取——?dú)赓|(zhì)聯(lián)用分析紅富士蘋果中的芳香物質(zhì)[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2006（2）： 181-184

[3] 陳義旺，呂小蘭，胡昱.化學(xué)創(chuàng)造美好生活[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013：173-174