科研前沿在基礎有機化學教學中的應用實踐

密霞

摘 要：利用有限的學時，將研究前沿和最新熱點領域引入到基礎有機化學課堂教學中，不僅能夠充分調動學生學習的積極性和主動性，實現興趣教學，培養學生的科研素養，同時還能夠促使教師時時關注最新科研動態，有利于自身科研事業的發展。本文根據作者自身科研積累和教學經驗，探討科研前沿在基礎有機化學教學中的實踐。

關鍵詞：有機化學 教學效果 科研

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0229-03

Abstract： The introduction of scientific advances and hot research areas into the limited class teaching of organic chemistry can not only promote students enthusiasm and initiatives in learning， realize the interest teaching， cultivate their scientific literacy， at the same time also prompt teachers always focus on the latest developments in scientific research. The article discusses the practice of scientific research in basic organic chemistry teaching according to the authors practice and experience.

Key Words： Organic chemistry； Teaching quality； Scientific research

目前，隨著有機合成對象越來越復雜，對有機合成反應在效率、經濟、環境影響等方面有更高要求，許多有機合成新思路、新方法不斷提出，已經成為有機合成研究的主流。然而，傳統的有機化學課程內容大多數注重基礎理論和基本反應的介紹，鮮有將最新的科研成果及應用方面的知識引入教科書中。在教學中，教師照本宣科，會使有機化學變得枯燥無味，生澀難懂，大大打擊學生學習的積極性。

讓學生接觸一些前沿的科研成果及應用，可以加深學生對理論知識的理解，激發學生對有機化學的學習興趣，促進學生自主性、創新性學習，并培養學生的科研素養。考慮學生對該門課程的實際學習需求，任課教師在講授基礎知識的同時，融入相關研究發展前沿，體現“以學生為中心”的思想，對于提高本科有機化學教學效果具有舉足輕重的意義。所以，教師應從科研成果中提煉優質的教學資源，滲透到教學課堂，把新知識、新信息傳遞給學生，充分發揮科研在教學中的先導、服務作用，以促進教學質量的提升。作者結合自身科研實踐和教學實踐積累，探討在基礎有機化學課堂教學中穿插相關領域研究發展現狀的兩個實例。

1 自由基反應在天然產物合成中的應用現狀

根據共價鍵斷裂的方式，有機化學反應可分為離子型反應、自由基反應和協同反應。其中烷烴的鹵代反應屬于自由基型反應。1900年，Moses Gomberg首次制得了三價碳-三苯甲基自由基。隨后的幾十年，自由基反應的發展一直不溫不火，化學家認為“自由基化學在本質上依然是難懂的”，因此，一些嚴謹的合成化學家們基本不考慮用自由基反應實現C-C鍵的構建。近30年來，通過科學家們不斷地努力，開發出眾多可控的自由基反應，使人們逐漸發現自由基反應的諸多優點。在復雜天然化合物合成中構建較擁擠的，通過離子型反應很難實現的橋環及四級碳中心，而且反應條件較溫和。許多天然化合物的全合成的關鍵步驟均涉及自由基反應，如三奎烷類天然產物（Hirsutene），具有多種生物活性的印欗素（Azadirachtin），臨床上用于治療下尿路癥狀的樹膠脂毒素（Resiniferatoxin）等（見圖1）。課堂上將自由基反應的發展歷程及應用實例向學生做介紹，幫助學生了解自由基反應的應用領域，不僅擴充了知識，還使學生體會到所學知識的重要應用以及現代社會對有機合成方法的高要求；并引導學生主動查閱文獻資料，對自己感興趣的方向進一步探索。

2 過渡金屬催化的定向C-H鍵活化反應最新研究進展

在芳烴章節中講到，取代單環芳烴發生親電取代反應時，已有的基團對后進入基團加入苯環的位置產生制約作用，這種制約作用即為取代基的定位效應。根據教材，苯環上已有的基團分為鄰對位定位基和間位定位基。在含有鄰、對位定位基團的苯環上發生親電取代反應，后進入基團主要進入原取代基的鄰、對位，而且區域選擇性差；間位定位基多數為吸電子取代基，使苯環親電取代活性降低，并使后進入基團進入原取代基的間位。

近年來，C-H鍵活化成為化學家們研究的新興領域。這種直接從C-H鍵出發，底物不需要進行預先官能團化，高效快捷地構建新化學鍵，高原子經濟性的合成方法在天然產物及復雜化合物的合成中發揮越來越重要的作用。通過過渡金屬催化的定向C-H鍵活化反應可以高選擇性地向芳香環的鄰位或間位引入新的基團（見圖2）。在“取代芳烴的定位規律”的教學中，可以向學生介紹這一研究熱點。例如，基于此策略，在氯化鈀的催化下，可以向含鄰對位定位基的芐胺鄰位引入烯基，而沒有對位產物的生成（見圖3（1））；在降冰片烯的促進作用下，苯乙胺類化合物選擇性地在其間位與碘代芳香化合物發生偶聯反應（見圖3（2））。同時，向學生發問，為什么此類反應能夠發生，而且有很高的區域選擇性，引起學生主動去思考問題。老師進一步向學生講述機理，使學生了解到之所以過渡金屬催化的定向C-H鍵活化反應有很高的選擇性，其原因在于該類反應是通過所設計底物中定位基團的配位原子與過渡金屬的螯合作用，促進了鄰近的C-H鍵斷裂，進一步發生偶聯反應，與芳烴親電取代加成-消去反應機理有本質的不同，這也是在有機化學方法學研究中發現新方法、新反應的創新思路之一。將“芳烴的親電取代”和“過渡金屬催化C-H鍵活化”兩者有機結合進行對比教學，既激發了學生的學習熱情，加深了學生對有機化學基礎知識的理解，又拓寬了學生的學術視野，培養了學生的創新意識，可謂“一箭雙雕”。endprint

3 結語

隨著社會的進步和發展，新世紀的高校教育必須適應時代對創新型人才的需求，注重培養學生的主動探索能力和創新能力。有機化學課程不再僅僅局限于基礎知識及技能的講授，只會讓學生覺得有機化學生澀難懂，索然無味。在課堂教學中融入最新研究成果、熱點領域及應用，可以激發學生學習興趣，拓寬學生的知識面，鼓勵學生通過閱讀文獻雜志等資料，主動探索科學知識；另一方面，也促使高校教師時刻關注相關領域的科研前沿，不斷提高自身科研素養，有利于自身科研事業的發展，實現教學、科研“雙贏”。

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