以苹果为主线构建有机化学复习

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摘要：在有机化学基础高三复习课中，以苹果为主线组织教学内容，苹果酸结构的推断复习有机化合物官能团的性质与有机化合物的推断；苹果的变色问题复习酚类物质的性质及氧化反应；苹果型香味剂的合成复习有机化合物的合成与提纯。文章用具体的实例来拓展和深化学生对有机化学的认识，勾连有机化学与生活的联系。
关键词：苹果；有机化学；苹果酸；酚类；有机合成
文章编号：1008-0546（2017）07-0059-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.017
一、一个苹果中的有机化学
有机化学是高中化学的重要组成部分，且其在浙江省高考中占有很高的分值。考查的落脚点多是官能团的性质与相互转化关系，有机物结构简式的推断，有机物的合成与分离。有机化学结构种类多而复杂，性质各有不同，要想扎实掌握高中有机化学知识，就要将高中有机化学主干知识通过一条主链串联起来，由点及面，最后形成立体而全面的知识网络。
苹果是我们日常生活中非常常见的水果，具有丰富的营养价值，深受人们的喜爱。同时苹果与有机化学的联系也非常紧密。苹果果皮的果蜡，就是一种烃类物质。苹果的果肉中含有丰富的糖类物质，如淀粉纤维素等多糖物质、葡萄糖等单糖物质。成熟苹果的独特香气以酯类和某些醇类物质等挥发性物质为主。切开的苹果颜色褐变的原因与有酚类物质的氧化有关。未成熟的苹果的酸味主要由苹果酸等酸类物质引起。此外苹果中还含有少量的氨基酸成分。苹果中的有机物几乎涵盖了高中有机化学所有物质种类。
有机化学知识与社会生产生活实际结合紧密，对高三有机化学教学设计中应注重化学关联生活，突出生活中的化学素材在化学教学中的理解、融合和勾连作用。挖掘苹果中的有机化学教学素材，重视与学生生活情境相结合。对各类有机物进行串联复习，增强学生的主动参与性和探究兴趣。化学关联生活，拓展和深化学生对有机化学的认识，形成有机化合物的转化与合成的核心素养。素养一旦养成，就会伴随学生终身。若干年后，学生可能会忘记有机化学的具体知识，但是如果学生看到苹果，就会联想曾经学生时代所学的有机化学相关知识，是对核心素养教学最好的褒奖。
二、教学设计
1. 有机化合物结构简式的推断——苹果酸结构简式的推断
某有机化合物A广泛存在于多种水果中，经测定，A的相对分子质量为134，A仅含碳、氢、氧三种元素，且分子中没有甲基。A既可以与乙醇发生酯化反应，又可以与乙酸发生酯化反应，且测得A与乙醇完全酯化所得有机产物的相对分子质量为190。试推断A的分子式与结构简式。
设计意图：未成熟的苹果中的酸味主要由苹果酸引起，苹果酸对苹果的口味有着重要的影响，由于苹果酸的存在，使得苹果具有甜中带酸的独特口感。市场中也有各种苹果醋饮料，因此苹果酸在生活中较为常见。通过对苹果酸结构简式推断，让学生感悟官能团性质与相互转化关系，掌握有机化合物结构推断的一般方法。
2. 有机化学实验探究——苹果褐变的原因探究
切开的苹果过一段时间后颜色会由白色变成浅黄色，最终变成褐色（食品科学上通常称为“褐变”现象）。引起苹果褐变的原因有多种观点[1]。
观点1：苹果中的亚铁离子被空气中的氧气氧化成铁离子而成黄色。
观点2：苹果中含有氧化酵素和酚类物质，切开后酚类物质与空气中的氧气接触，在氧化酵素的催化作用下，酚类物质被氧化成黄色的醌类物质，生成的醌类物质被继续氧化并聚合为褐色物质。本课教学设计主要对观点2进行实验验证。具体实验设计如下：
（1）将刚刚切开或削皮的苹果立即放入热水中（90～95℃）3～5min后取出，观察现象。相当长一段时间内无明显变化。
（2）将刚刚切开或削皮的苹果表面立即分别滴加少量0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液，观察现象。相当长一段时间内无明显变化。
（3）将刚刚切开或削皮的苹果表面立即分别滴加少量的食用白醋（pH=6）与小苏打溶液（pH=8），观察现象。很快苹果发生褐变现象。
（4）将刚刚切开或削皮的苹果表面立即分别滴加Vc溶液和Na2SO3溶液，观察现象。相当长一段时间内无明显变化。
实验结论：苹果褐变的速率受酚氧化酵素的活性及含量、酚类物质的含量、接触氧气的浓度等几个因素的影响。所以使用酵素抑制剂（如柠檬酸、苹果酸等）、使用防止酚类物质被氧化的强还原剂物质（如Vc溶液、Na2SO3溶液等）、将苹果切片与空气隔绝（如浸泡于冷开水、盐水或用保鲜膜包起来等），都可以防止或延缓苹果的褐变。
设计意图：由于《有机化学基础》主要是陈述性知识，不利学生理解和记忆。在教学设计中应重视引导学生进行交流讨论，通过苹果变色原因的交流与讨论使学生掌握氧化、还原等基本的有机反应类型。同时应重视探究实验，引导学生设计实验，组织实验和对实验结论进行科学判断，提高学生的有机化学核心素养。
3. 有机化学合成——乙酸己酯的合成
苹果有独特的香味，未成熟苹果无香气，果实的挥发性物质以己醛、2-己烯醛等为主；成熟苹果有香气，果实的挥发性物质以酯类和某些醇类物质为主。苹果中的酯类物质种类繁多，其中富士苹果主要香气成分以乙酸己酯为最多[2]。乙酸己酯合成实验设计如下[3]：
将8.0mL己醇和9.6mL冰醋酸加入到干燥的100mL圆底烧瓶中，摇动下慢慢加入2mL浓硫酸，充分混合均匀，加入沸石，装上回流冷凝管，在石棉网上小火加热回流，保持状态1h。反应完全后，稍冷后拆除回流装置。 将烧瓶中的反应液倒入分液漏斗，用20mL冷水分几次淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入分液漏斗。充分振荡，静置，待分液清晰后，分去下层水溶液。用10mL5%碳酸氢钠水溶液洗涤，静置后分去下层水溶液。再用10mL5%碳酸氢钠水溶液洗涤一次，至水溶液对pH试纸呈碱性为止。然后酯层用7mL饱和氯化钠溶液洗涤一次，分出水层。酯层转入锥形瓶中。加入1g无水硫酸镁干燥。 过滤除去干燥剂，将滤液滤入普通蒸馏装置，加入沸石后加热蒸馏，用干燥的量筒收集138～142℃馏分，量取体积，计算产率。
思考：
（1） 酯层用10mL5%碳酸氢钠水溶液洗涤所除去的物质。
（2）酯层用7mL饱和氯化钠溶液洗涤所除去的物质。
（3）用无水硫酸镁干燥酯层的原因。
设计意图：有机合成是有机化学的主要组成部分之一，且在浙江省化学选考中占较大分值，考查的知识点主要是有机药物及有机药物中间体的合成。乙酸乙酯的合成也是陌生有机物的合成，与有机药物的合成有相通之处。同时，乙酸己酯合成实验设计是对课本中乙酸乙酯合成实验的拓展和深化，结合《实验化学》的相关知识，使学生了解合成有机酸酯的反应原理，掌握萃取、洗涤、蒸馏及纯化液体有机物的实验技术，可以加深学生对有机合成与实验化学的相关知识的认识。用实验有目的地渗透和强化有机合成的意识，确定有机化学最终服务于社会的思想。
三、教学反思
有機化学复习需要兼顾有机化学内在的规律性和系统性，注意把握有机化学的学科特点，建立“有机化合物—官能团—有机化学反应—性质—有机合成—应用”之间的联系。苹果是有机化合物复习素材的宝库，可以根据实际需要，对复习课内容进行拓展和补充，如烃类物质、醇类物质、糖类物质及氨基酸等复习。也可以设计成系列微课，让学生课后进行自主学习。
教无定法，教师在教学设计过程中应根据高中课程改革和高考改革的要求，结合学生的实际情况，充分挖掘苹果中有机化学复习的资源，对教学内容和教学环节进行适当的调整与创新，从而使学生感受有机化学的规律性和系统性，提高学生基本的有机化学学科素养。
参考文献
[1] 任雪明，吴文中.高中化学教学疑难问题研析[M].杭州：浙江教育出版社，2015：111-115
[2] 赵峰， 王少敏等. 顶空固相微萃取——气质联用分析红富士苹果中的芳香物质[J].山东农业大学学报（自然科学版）， 2006（2）： 181-184
[3] 陈义旺，吕小兰，胡昱.化学创造美好生活[M].北京：化学工业出版社，2013：173-174