求同存異巧解化學題

王亞會

唐山市海港經濟開發區第二中學

求同存異巧解化學題

王亞會

唐山市海港經濟開發區第二中學

在解決化學問題時，充分運用求同存異的思想，深入地挖掘題目的共性和不同，并將兩者有效的結合，能夠極大地提高解題的速度，達到事半功倍的效果。

求同存異；氨基酸

求同存異，顧名思義就是尋求相同點，保留不同意見。在化學解題中，通過對問題條件的認真觀察，充分挖掘物質之間的相同點和不同之處，挖掘內在規律，將無規律變成有規律，能夠極大的簡化運算過程，從而達到快速解題的目的。下面以多肽水解生成氨基酸為例，談一下求同存異思想在化學解題中的應用。

下面是一個四肽，它可以看做是4個氨基酸縮合掉3個水分子而得。

式中R、R1、R2、R3可能是相同或不同的烴基，或有取代基的烴N10O19，已知它徹底水解后只得到下列四種氨基酸：

（1）這個多肽是幾肽？（2）該多肽水解后，有幾個谷氨酸？（3）該多肽水解后，有幾個苯丙氨酸？

分析：（1）已知多肽由幾個氨基酸脫水縮合而成，它就是幾肽。通過觀察可知，形成該多肽的四種氨基酸分子的共同特點是每個氨基酸中都有一個氨基，所以氨基的數目等于氨基酸的數目，因此該多肽為十肽。

（2）十個氨基酸分子脫去9個水形成分子式為C55H70N10O19的十肽，則10個氨基酸分子C、H、O、N總數為C55H70N10O19+9H2O= C55H88N10O28。通過觀察，四種氨基酸的不同之處在于除谷氨酸每個分子中含有四個“O”外，其余的氨基酸分子中均含有兩個“O”。

方法I：設谷氨酸分子有x個，其余氨基酸分子數目為y個。列二元一次方程如下：

由①②反應方程式解得x=4，y=6，即谷氨酸的數目為4個，其余氨基酸數目為6個。

方法II：如果每個氨基酸分子中都含有兩個“O”，則10個氨基酸中“O”總數為20個，實際上“O”總數為28個，共多出來8個“O”，結合谷氨酸分子的結構特點，每個谷氨酸中含有4個“O”，即每個谷氨酸比其他氨基酸多兩個“O”，所以谷氨酸分子總數為8÷2=4個。

（3）4個谷氨酸分子C、H、O、N總數為C20H36N4O16，10個氨基酸分子C、H、O、N總數為C55H88N10O28，則其余三種氨基酸C、H、O、N總數為C35H52N6O12。

方法I：已知甘氨酸的分子式為C2H5NO2，丙氨酸分子式為C3H7NO2，苯丙氨酸分子式為C9H11NO2,設甘氨酸有a個，丙氨酸有b個，苯丙氨酸為c個，建立方程組如下：

a + b + c = 6①( N守恒) 2 a + 3 b + 9 c = 3 5②( C守恒) 5 a + 7 b + 1 1 c = 5 2③( H守恒)

聯合①②③三個方程式解得a=1，b=2，c=3。即苯丙氨酸的數目為3個。

方法II：

求同：甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸三種氨基酸分子中均含有一個羧基，一個羧基產生的不飽和度“Ω”=1。

存異：甘氨酸、丙氨酸除羧基外，無其他不飽和結構，Ω=1，苯丙氨酸除含有一個羧基外，還含有一個苯環，Ω=5。筆者設想通過不飽和度的差異來求解苯丙氨酸的數目。已知35個C原子，按照飽和結構計算含有氫原子總數為（35×2+2）+6+5×2=88個(解釋：“35×2+2”含義為“C”為飽和結構時，n個C對應“2n+2”個H；“+6”含義為每引入一個-NH2，相當于是一個“H”被一個“-NH2”替代，則有幾個“-NH2”，氫原子個數就多幾，所以有6個“-NH2”對應多6個“H”；比較難理解的是“5×2”的含義，舉一個簡單的例子，n個CH4對應氫原子個數為4n個，含有n個碳的飽和烷烴含有的氫原子數為2n+2個，即將n個飽和結構的分子連在一起“H”共減少4n-(2n+2)=2(n-1)個，所以6個飽和結構的分子連在一起個氫原子數減少了5×2=10個。我們總結一個公式，對于C原子數為n、N原子數為x的m肽分子，m個氨基酸分別按飽和結構計算對應“H”數為2n+2+x+2(m-1)個)。就本體而言，甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸三種分子C、H、O、N總數為C35H52N6O12，即H原子數為52個，6個飽和分子中H原子數為88個，即H原子共減少了36個，即18個Ω。由6個氨基酸中的羧基產生的Ω=6，則由苯環產生的Ω=18-6=12，每個苯環有4個Ω，則苯環數目為3個，即共有3個苯丙氨酸。

為驗證上面推論的準確性，我們來快速求解類似的問題。

蛋白質是由氨基酸組成的，一定條件下蛋白質或多肽可以水解，最終產物為氨基酸。今有1個多肽，其化學式為C32H44N6O7，已知它在一定條件下徹底水解只得到下列三種氨基酸：的物質的量為多少？

觀察分析可知，每個氨基酸分子中均含有一個氨基和羧基，氮原子的數目等于氨基酸的數目，該多肽為六肽，形成六肽的6個氨基酸中C、H、O、N總數為C32H44N6O7+5H2O=C32H54N6O12，除所求化合物Ω為5個以外，其他均為1個（即由羧基產生的Ω），已知羧基共產生6個Ω，由上題推論可知Ω總數=（322+2+6+52-54）2=14，所以由苯環產生的Ω為14-6=8，故含兩個苯環，因此1mol該多肽

可見，深入挖掘題目的共性和不同，利用求同存異的思想確實能優化運算過程，提高解題速度和效率。

[1]王祖浩.有機化學基礎[M].江蘇：鳳凰出版傳媒集團江蘇教育出版社，2014：102-103.

[2]王秀平.化學計算中的“求同存異”[J].中國科教創新導刊, 2008,12：86.