科研前沿在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

密霞

摘 要：利用有限的學(xué)時(shí)，將研究前沿和最新熱點(diǎn)領(lǐng)域引入到基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)中，不僅能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)興趣教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)，同時(shí)還能夠促使教師時(shí)時(shí)關(guān)注最新科研動(dòng)態(tài)，有利于自身科研事業(yè)的發(fā)展。本文根據(jù)作者自身科研積累和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討科研前沿在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué) 教學(xué)效果 科研

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jī)合成對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)有機(jī)合成反應(yīng)在效率、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響等方面有更高要求，許多有機(jī)合成新思路、新方法不斷提出，已經(jīng)成為有機(jī)合成研究的主流。然而，傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)課程內(nèi)容大多數(shù)注重基礎(chǔ)理論和基本反應(yīng)的介紹，鮮有將最新的科研成果及應(yīng)用方面的知識(shí)引入教科書中。在教學(xué)中，教師照本宣科，會(huì)使有機(jī)化學(xué)變得枯燥無(wú)味，生澀難懂，大大打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

讓學(xué)生接觸一些前沿的科研成果及應(yīng)用，可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生自主性、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。考慮學(xué)生對(duì)該門課程的實(shí)際學(xué)習(xí)需求，任課教師在講授基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，融入相關(guān)研究發(fā)展前沿，體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的思想，對(duì)于提高本科有機(jī)化學(xué)教學(xué)效果具有舉足輕重的意義。所以，教師應(yīng)從科研成果中提煉優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，滲透到教學(xué)課堂，把新知識(shí)、新信息傳遞給學(xué)生，充分發(fā)揮科研在教學(xué)中的先導(dǎo)、服務(wù)作用，以促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升。作者結(jié)合自身科研實(shí)踐和教學(xué)實(shí)踐積累，探討在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)中穿插相關(guān)領(lǐng)域研究發(fā)展現(xiàn)狀的兩個(gè)實(shí)例。

1 自由基反應(yīng)在天然產(chǎn)物合成中的應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)共價(jià)鍵斷裂的方式，有機(jī)化學(xué)反應(yīng)可分為離子型反應(yīng)、自由基反應(yīng)和協(xié)同反應(yīng)。其中烷烴的鹵代反應(yīng)屬于自由基型反應(yīng)。1900年，Moses Gomberg首次制得了三價(jià)碳-三苯甲基自由基。隨后的幾十年，自由基反應(yīng)的發(fā)展一直不溫不火，化學(xué)家認(rèn)為“自由基化學(xué)在本質(zhì)上依然是難懂的”，因此，一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮铣苫瘜W(xué)家們基本不考慮用自由基反應(yīng)實(shí)現(xiàn)C-C鍵的構(gòu)建。近30年來(lái)，通過(guò)科學(xué)家們不斷地努力，開(kāi)發(fā)出眾多可控的自由基反應(yīng)，使人們逐漸發(fā)現(xiàn)自由基反應(yīng)的諸多優(yōu)點(diǎn)。在復(fù)雜天然化合物合成中構(gòu)建較擁擠的，通過(guò)離子型反應(yīng)很難實(shí)現(xiàn)的橋環(huán)及四級(jí)碳中心，而且反應(yīng)條件較溫和。許多天然化合物的全合成的關(guān)鍵步驟均涉及自由基反應(yīng)，如三奎烷類天然產(chǎn)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(shù)膠脂毒素（Resiniferatoxin）等（見(jiàn)圖1）。課堂上將自由基反應(yīng)的發(fā)展歷程及應(yīng)用實(shí)例向?qū)W生做介紹，幫助學(xué)生了解自由基反應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，不僅擴(kuò)充了知識(shí)，還使學(xué)生體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的重要應(yīng)用以及現(xiàn)代社會(huì)對(duì)有機(jī)合成方法的高要求；并引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)查閱文獻(xiàn)資料，對(duì)自己感興趣的方向進(jìn)一步探索。

2 過(guò)渡金屬催化的定向C-H鍵活化反應(yīng)最新研究進(jìn)展

在芳烴章節(jié)中講到，取代單環(huán)芳烴發(fā)生親電取代反應(yīng)時(shí)，已有的基團(tuán)對(duì)后進(jìn)入基團(tuán)加入苯環(huán)的位置產(chǎn)生制約作用，這種制約作用即為取代基的定位效應(yīng)。根據(jù)教材，苯環(huán)上已有的基團(tuán)分為鄰對(duì)位定位基和間位定位基。在含有鄰、對(duì)位定位基團(tuán)的苯環(huán)上發(fā)生親電取代反應(yīng)，后進(jìn)入基團(tuán)主要進(jìn)入原取代基的鄰、對(duì)位，而且區(qū)域選擇性差；間位定位基多數(shù)為吸電子取代基，使苯環(huán)親電取代活性降低，并使后進(jìn)入基團(tuán)進(jìn)入原取代基的間位。

近年來(lái)，C-H鍵活化成為化學(xué)家們研究的新興領(lǐng)域。這種直接從C-H鍵出發(fā)，底物不需要進(jìn)行預(yù)先官能團(tuán)化，高效快捷地構(gòu)建新化學(xué)鍵，高原子經(jīng)濟(jì)性的合成方法在天然產(chǎn)物及復(fù)雜化合物的合成中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。通過(guò)過(guò)渡金屬催化的定向C-H鍵活化反應(yīng)可以高選擇性地向芳香環(huán)的鄰位或間位引入新的基團(tuán)（見(jiàn)圖2）。在“取代芳烴的定位規(guī)律”的教學(xué)中，可以向?qū)W生介紹這一研究熱點(diǎn)。例如，基于此策略，在氯化鈀的催化下，可以向含鄰對(duì)位定位基的芐胺鄰位引入烯基，而沒(méi)有對(duì)位產(chǎn)物的生成（見(jiàn)圖3（1））；在降冰片烯的促進(jìn)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(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)（見(jiàn)圖3（2））。同時(shí)，向?qū)W生發(fā)問(wèn)，為什么此類反應(yīng)能夠發(fā)生，而且有很高的區(qū)域選擇性，引起學(xué)生主動(dòng)去思考問(wèn)題。老師進(jìn)一步向?qū)W生講述機(jī)理，使學(xué)生了解到之所以過(guò)渡金屬催化的定向C-H鍵活化反應(yīng)有很高的選擇性，其原因在于該類反應(yīng)是通過(guò)所設(shè)計(jì)底物中定位基團(tuán)的配位原子與過(guò)渡金屬的螯合作用，促進(jìn)了鄰近的C-H鍵斷裂，進(jìn)一步發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，與芳烴親電取代加成-消去反應(yīng)機(jī)理有本質(zhì)的不同，這也是在有機(jī)化學(xué)方法學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)新方法、新反應(yīng)的創(chuàng)新思路之一。將“芳烴的親電取代”和“過(guò)渡金屬催化C-H鍵活化”兩者有機(jī)結(jié)合進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深了學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，又拓寬了學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，可謂“一箭雙雕”。endprint

3 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，新世紀(jì)的高校教育必須適應(yīng)時(shí)代對(duì)創(chuàng)新型人才的需求，注重培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)探索能力和創(chuàng)新能力。有機(jī)化學(xué)課程不再僅僅局限于基礎(chǔ)知識(shí)及技能的講授，只會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得有機(jī)化學(xué)生澀難懂，索然無(wú)味。在課堂教學(xué)中融入最新研究成果、熱點(diǎn)領(lǐng)域及應(yīng)用，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)閱讀文獻(xiàn)雜志等資料，主動(dòng)探索科學(xué)知識(shí)；另一方面，也促使高校教師時(shí)刻關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域的科研前沿，不斷提高自身科研素養(yǎng)，有利于自身科研事業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研“雙贏”。

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