“有機立體化學”教學中課程思政的探索

陳曉嵐 孫凱 於兵

[摘 要]“有機立體化學”是有機化學課程的重要章節。在“有機立體化學”的授課過程中合理地融入思政元素，可以實現專業知識和思政知識的雙重教育。

[關鍵詞]有機化學;立體化學;課程思政

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）48-00-02[收稿日期] 2020-10-04

教育，尤其是高等教育，是國之大計、黨之大計，承擔著立德樹人、培養高端人才的根本任務。課程思政是落實立德樹人根本任務的關鍵所在。黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視思政課建設。在黨中央、教育部的系列決策部署下，各地區、各部門、各高校采取了諸多有力措施，認真貫徹落實思政課建設。面對新形勢、新挑戰，理工科，尤其是化學學科的課堂效果還需提升，授課教師在傳授專業知識的同時還要合理地融入思政元素，在提升學生專業能力的同時也幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，深植家國情懷，培養文化認同，增強民族自信。

有機化學及其相關行業在日常生活和國民生產中具有重要地位。目前，有機化學課程是化學、藥學、醫學、材料、環境等專業方向的重要基礎課程。雖然，現階段我國各高校的化學學科本科培養方案均開設有機化學課程，但是總體來看高校有機化學課程的授課時間不是特別充裕（一般不超過兩學期）。在極其有限的時間內，多數教師只能結合培養方案和教學大綱完成教學工作，對學生進行思政教育的時間相對較少。針對這個問題，授課教師需要充分思考如何在有機化學的教學中融合思政元素，達到在傳授專業知識的同時，實現對學生價值觀的正確引導。本文中，我們以“立體化學”的教學為例，可以融入以下課程思政元素。

手性（Chirality）物質廣泛存在于自然界，例如作為構成地球生命活動的重要生物大分子都是手性物質，如構成我們遺傳物質的核酸，構成我們皮膚、臟器、頭發的蛋白以及催化體內眾多反應的酶蛋白，供應我們生命活動能量的糖類化合物，都是手性的。更不用說天然產物中還存在眾多的已知和未知的手性小分子，如許多的生物堿，萜類和甾族，激素等等。這些手性小分子在生物體內往往有著極其重要的生理功能。特別值得一提的是目前小分子藥物中很大一部分是手性的，他們通過與體內手性大分子之間分子之間的識別與作用位點匹配來實現其藥理學作用，這些生物大分子經常成為手性藥物設計和研發的特定靶點。當前手性藥物的研究與開發構成了國際新藥研究主要方向之一。

含有手性因素的一對對映體在生物體內的藥理活性、代謝過程以及毒性通常存在顯著差異，兩種對映異構體在手性的生命體環境中可能有顯示明顯不同的生物活性。因為手性藥物分子必須與反應受體（被反應物）分子結構匹配，才能起到藥物治療作用，而生命體系中的這些受體通常是手性的，就如同右手只能帶右手套，而帶左手套就不舒服一樣！因此，兩種對映異構體通常是僅有一種有效，另一種無效甚至是有害的。手性藥物有時是以一對對映體外消旋混合物的形式在市場上直接銷售的，例如以“Advil，Motrin，Nuprin”商品名銷售多年的抗炎藥布洛芬（ibuprofen）是外消旋混合物，其中S型布洛芬分子有抗炎活性，而R型布洛芬分子是無抗炎作用的，盡管R型分子在體內能慢慢轉化成S型分子，純S型布洛芬藥物在體內起效時間是12分鐘，而外消旋布洛芬藥物在體內起效時間長達38分鐘。再例如，由西德公司開發1957年上市的反應停（Thalidomide）被孕婦用來緩解懷孕初期的嘔吐不適癥狀，這個藥物當時也是以外消旋體混合物形式銷售的，結果造成了多達上萬畸形海豚嬰兒出生的歷史悲劇，隨后的研究表明，S型分子是造成這種出生缺陷的罪魁禍首（見圖1）。

由于生命體系的手性環境，來自天然的手性藥物通常是純手性化合物，相比之下，實驗室中，由于沒有手性環境的干預，人工合成手性的藥物，通常是以外消旋體形式存在的，這樣勢必浪費掉一半的原料，首先不是原子經濟的合成。不僅如此，從以上的示例還可以看出，消旋體中我們不需要的另一半對映體化合物可能還會影響人體對所需藥物的吸收利用，更有甚者還會有嚴重毒副作用。為了解決這個問題，全球有機合成工作者、藥物公司長久以來不懈努力，來設計開發具有對映異構體立體選擇性的合成，也就是在手性催化劑，手性溶劑等的干預下，實現只對一種對映異構體而非外消旋體的合成。2001年的化學諾貝爾獎一半被授予William S. Knowles教授和Ryoji Noyori教授，以表彰他們在手性催化加氫反應的貢獻，另一半授予美國科學家Barry Sharpless教授，以表彰他在手性氧化反應的貢獻。盡管如此，和自然相比，人類在實驗室中合成手性天然產物領域遠沒有達到隨心所欲的地步，未來還有很長的路要走，美國著名有機化學家諾貝爾獎獲得者R. B. Woodward教授1941年合成了奎寧，1954年合成馬錢子堿，1972年合成維生素B12。維生素B12的實驗室合成需要90個合成步驟，占用了100位科學家11年的合成才得以完成（見圖2）。

2015年10月5日，諾貝爾生理醫學獎被授予中國科學家屠呦呦，以表彰她在青蒿素的提取發現以及醫藥應用方面對人類的巨大貢獻，屠呦呦及工作團隊在青蒿素領域的科學成就極大地減少了瘧疾及其他寄生蟲疾病的死亡率。而青蒿素正是一個由多個手性碳構成小分子天然藥物，15個碳組成的小分子中卻含有7個手性碳原子，理論上應該有27=128個手性立體異構體，但在植物體內卻可以立體專一性的合成其中的一個手性化合物，讓人不得不嘆服大自然的鬼斧神工！目前青蒿素可通過大面積人工種植青蒿，分離提取獲得（見圖3）。

中國有五千年文明發展史，中國人很早就懂得利用天然產物醫治病患，如李時珍的本草綱目就是中國人對利用天然產物醫治疾病的寶貴財富。而這次在抗擊新型冠狀病毒的生死博弈中，中國醫學工作者在中西醫融合治療新型冠狀病毒的新領域中做出有益探索，成績顯著，彰顯了中華中醫藥的博大精深。習近平總書記指出“綠水青山就是金山銀山”，要把生態環境保護放在更突出位置，像保護眼睛一樣保護生態環境。目前，還有眾多的天然手性活性化合物不能在實驗室中輕易合成，而自然界卻能在上億年的進化史中利用自身的酶催化巧妙地完成立體專一性的復雜合成，例如紫杉醇（見圖4）是從35000多種植物中提取出來的100000種天然產物中最有效的抗癌手性天然藥物之一，結構復雜且含有多個手性碳，治療一個癌癥病人大約需要犧牲六棵杉樹，1994年，兩條全合成路線被發展，鑒于在實驗室中全合成的巨大成本和代價，后來有機合成化學家發展了從自然界豐富存在的相關母核化合物開始，通過半合成來獲取紫杉醇，大大提高了效率，有效保護了自然資源。

通過上述課程思政的實例，我們發現在“立體化學”的相關教學過程中融入課程思政元素的切入點很多，許多故事和實例也非常生動。授課教師將思政元素如國家政策、行業新聞、文化典故等合理地融入課堂教學中，一方面能增加專業課程的趣味性，提高學生的興趣，另一方面也能達到弘揚科學精神、樹立民族自信、增強社會責任感的目的。引導學生在學好有機化學課程專業知識的同時，也樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。總體來說，思政元素融合到專業課程中并不是一件一蹴而就的事情過程，授課教師應該在日常教學工作中堅持思考和實踐“課程思政”，以“潤物細無聲”的方式實現專業知識和思政知識的雙重教育。