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有機化學在高考化學中扮演著舉足輕重的角色,而有機合成則是有機化學考察的熱門考點。高考化學的有機非選擇題,以制備陌生有機化合物為主要載體,呈現形式多樣,考察高中生對有機化合物種類、性質、結構、推斷、合成等知識的綜合掌握。其中,有機合成試題靈活多變且綜合性較強,考察學生對陌生信息的理解以及將陌生信息與已學知識相結合以綜合應用的能力。這種考察方式有利于提高學生的學科素養,激發學科興趣,下承高中課程,上承高中生化學奧林匹克競賽和大學化學知識。同時,這些考題難度較大,有一定的區分度。因此,如何突破有機合成題,成為了高中生應當關注的焦點和必須攻克的難點。
本文將在下文分別介紹有機合成的基本反應、陌生反應及試劑、合成路線信息、有機合成與化學競賽的聯系等四個角度論述高考化學對有機化學的考察,并在最后針對教師和考生分別提出建議。
一直以來,教學老師和考生都認為陌生反應是有機合成考察的難點,可以最大程度上體現題目的區分度。同陌生反應相比,基本反應往往被師生忽視。但是基本反應的堆砌為完美的有機合成奠定了基礎。因此,從一定程度上來說,考生們所學習過的基本反應才是有機合成中最重要的部分。
高考對有機合成的考察要求考生具有極其嚴密的邏輯思維和嚴謹準確的推理能力,否則即使為實驗結果的出現投入了大量的時間成本,也有很大的可能出現“一步錯,步步錯”的情況,造成一著不慎滿盤皆輸。如果考生準確嚴謹的推出了考題中信息提示的陌生化合物,但是卻遺漏了最為熟悉的基本反應或是出現了其他失誤,這將對考生整個考試乃至其他方面造成極大的負面影響。
當前,高中生所學習的簡單的取代、加成、氧化、還原、聚合等基本有機反應,都是以最為基礎的化學知識設置的,同時以甲烷、乙烯、苯、乙醇等簡單有機物為例在學生學習的課本中給以詳細的說明。這主要是為了培養考生融會貫通、舉一反三的能力,最終可以通過經典的反應條件對應到基本反應。
事實上,高中階段有機合成中的復雜陌生反應與簡單基本反應是交叉串聯的,這體現出有機合成的整體性。如果考生過度關注陌生反應但卻輕視甚至忽視了基本反應,就是本末倒置的一種意識。
陌生反應信息往往給出了反應條件,暗示了反應走向。在高考對有機合成考題的考察中,往往涉及到陌生的反應。命題人往往會在陌生反應處增加難度或是提高標準以考察考生的信息獲取能力,提高考題的區分度。這些陌生的反應在解題過程中有著舉足輕重的地位,是廣大考生應當關注的重點。
有機合成題中的目標產物決定了反應的走向,而官能團的相互轉化,則可以體現考生對基本反應的掌握情況。在基本反應的基礎上,合成路線的改進過程中非常有可能會夾雜著考生們不熟悉的陌生反應和試劑。對此,考生應當仔細分析官能團間的相互轉化關系,了解反應目的,冷靜應對陌生反應和陌生試劑。
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即使在考生平常較為熟悉的反應中,也可能會有陌生成分。例如HBr 與不飽和鍵的加成反應,存在高中生不熟悉的馬氏規則,即不對稱烯烴與鹵化氫掃生在加成反應時,氫原子加在含氫多的碳原子上,鹵素加在雙鍵含氫少的碳原子上。試題在這步反應中可能會給出過氧化物做催化劑的條件,出現“反馬”的現象。此時考生就要從流程中得到信息,做出簡單判斷,為有機合成服務。
高考有機合成題的熱門目標產物是藥品和高分子化合物。藥品能發揮作用是因為它獨特的鍵合作用和特殊的官能團;高分子化合物的形成則代表加聚或縮聚反應的發生,與之關聯的就有不飽和鍵、酯基、酰胺基等的形成和轉化。
高考中出現的有機反應數不勝數,題目靈活多變。,因此在實際的學習中,考生們應當多了解一些有機反應和反應試劑,擴充自己的知識面,使自己的解題更得心應手。
高中生在完成題設所要求的目標產物合成時,僅憑借高中所學的知識是不夠的。要完成目標產物的合成,必須理解、把握合成路線所給出的隱含信息,結合課本所學知識,完成合成任務。
首先觀察目標產物與反應的關系,可知酚羥基需要通過甲氧化作用生成甲氧基,再通過兩反應物之間的取代反應,得到目標化合產物。
進一步分析,硝基無法直接發生取代反應生成四級胺,結合題中所給B→C步驟,可知應先將硝基還原為氨基。此時,合成路線涉及到了反應順序問題,即甲氧化和硝基還原兩步反應發生的先后問題。結合所學知識,氨基易被氧化,故應先發生甲氧化反應,再進行還原反應。兩步反應的反應條件,可由路線中A、B、C的轉化關系得到。
此時,我們再考慮兩者間的取代反應。由路線可知(D→E),溴化物易在K2CO3催化作用下取代氨基氫。與題中的反應物相比,很容易想到是將酚羥基轉化成溴原子,即伯醇的鹵化反應。反應條件只需要HBr。最后類比D→E的轉化,即可完成目標產物的合成。
考生們在合成路線的設計中可能存在一個誤區。一些考生因為課外知識面較廣,了解的反應較多,在設計路線時可能會使用合成路線之外的陌生反應。(如將環己烷脫氫轉化為苯。題干中所給出的條件為Pt催化劑,加熱;而有些考生則給出了CrO3催化劑,加熱的條件。出現了十分離譜的答案)。因此,考生應當盡量避免在設計的合成路線中出現陌生的反應,盡量使用題中所給出的反應條件。
完成有機合成路線設計時,應當多關注題干路線的暗示性,這是解題的一大助手,同時,完成設計后,可以將題干給出的陌生信息回代入合成路線中,檢查自己的思路是否正確。
通過分析近些年來的全國高考題及各省市的高考模擬題,我們可以發現高考有機合成題的反應合成路線以及目標產物等知識點與化學競賽存在著較大程度的重疊,甚至是原版復刻。許多高考熱門考點,通常都會出現在最近幾屆的化學競賽中。。
出現這種現象的原因有以下幾點。首先,高中化學所學習的有機化學知識十分有限,
課本內容極為淺顯。為了達到應有的難度,命題者會將解題所需的超綱知識以信息的形式給出,考察學生的信息獲取能力,而給出的信息多為課本知識的自然生長點或大學化學知識。同時,競賽所考察的內容大多也為課本知識的自然生長點和大學化學內容,兩者在一定程度上可能會出現重疊。第二、高考與中國化學奧賽面向的群體是一致的,即在讀中學生。中學階段的化學學習多是為了培養學科興趣,提高學科素養。命題者關注的焦點大多是國內外的科研成果(如青蒿素全合成,在高考與競賽試題中均有出現。)故在題目中會有不同程度的涉及。第三、高考題的命題者大多是來自一線的優秀教師,在一定程度上都接觸過競賽,競賽的思維已經在命題者的腦海中潛移默化。在出題時,很容易就會出現與競賽交叉的知識。
但另一方面,對于這些陌生反應,命題人在題干與流程圖中都沒有給出信息,如由異氰酸酯制備酰胺化合物;合成縮酮保護羰基官能團等。若命題人想提高難度,增加區分度,這時候,就要考驗同學們的知識儲備了。
作為考生,在了解出題規律,掌握基本解題方法的同時,更應當努力提升自身的化學學科素養,培養學科興趣,在學有余力的情況下,可以簡單學習大學的化學知識,關注競賽,以便對課外的部分知識進行更深入的了解和學習。另外,還要始終保持對化學學習的熱情,不必刻意去迎合出題人的思路。
對于老師和出題人,可以在日后的教學中,多向學生教授一些課外知識,重視課外學科知識的拓展和深化,讓學生多了解一些有機化學中更本質的問題,提升學生的學科素養和邏輯推理能力。這樣才能在切實關注學生能力的同時,也可以編出更有區分度、更能體現學科素養的有機化學試題。