“理實(shí)一體化”要領(lǐng)在天然脂肪酸教學(xué)中的應(yīng)用

崔文輝，賈如琰，聶龍英，張少飛

(隴南師范高等專科學(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院,甘肅 成縣 742500)

理實(shí)一體化教學(xué)法即理論實(shí)踐一體化教學(xué)法。突破以往理論與實(shí)踐相脫節(jié)的現(xiàn)象，在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀和抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，沒有固定的先實(shí)后理或先理后實(shí)，而理中有實(shí)，實(shí)中有理。突出學(xué)生動(dòng)手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一種教學(xué)方法[1]。羧酸的種類繁多，許多羧酸是從天然產(chǎn)物中得到的，天然脂肪酸作為羧酸大類中的一個(gè)種類，由自然界的動(dòng)植物油脂水解得到，其分子結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn)是，絕大多數(shù)為碳原子呈偶數(shù)的直鏈羧酸。碳鏈不含雙鍵的為飽和脂肪酸，含有雙鍵的則稱為不飽和脂肪酸[2]。相對(duì)于分子組成中碳原子數(shù)較少、分子結(jié)構(gòu)簡單的羧酸，它們的分子結(jié)構(gòu)式比較難寫、難記，一般在教學(xué)上不做“掌握”層次的硬性要求，只做一般了解即可。在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)如果把這部分理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合起來會(huì)使學(xué)生比較容易學(xué)好。盡管是驗(yàn)證性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，但在驗(yàn)證的過程中還是要在理論的指導(dǎo)下理解每一步操作的目的和方法，達(dá)到“不僅知其然，而且又知其所以然”的效果。本文就以化學(xué)教育專業(yè)學(xué)生有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“油脂的性質(zhì)”里面涉及到的肥皂的制備與水解試驗(yàn)為例，借鑒“理實(shí)一體化”教學(xué)方法的要領(lǐng)，探討一下在理論課的教學(xué)中重視實(shí)驗(yàn)操作過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)理論起到的進(jìn)一步熟悉、消化作用。

1 熟悉脂肪的分子結(jié)構(gòu)及堿性條件下的水解反應(yīng)

有關(guān)脂肪的知識(shí)在中學(xué)階段就有介紹，在高中化學(xué)課本中，人民教育出版社的教材《化學(xué)選修1-----化學(xué)與生活》，中給出了油脂的分子結(jié)構(gòu)式，如圖1所示，并指出：結(jié)構(gòu)式里的R1、R2、R3分別代表飽和或不飽和烴基，它們可以相同，也可以不同。烴基相同的稱為單甘油酯，不同的稱為混甘油酯，天然油脂大多為混甘油酯[3]。王祖浩主編《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)(選修)教材給出了反應(yīng)式(1)，并指出在工業(yè)上油脂主要用來生產(chǎn)肥皂、高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酸酯等，油脂與堿作用生成高級(jí)脂肪酸鹽和甘油的反應(yīng)稱為皂化反應(yīng)[4]。

圖1 肥皂的分子式

圖2是用熟豬油、95%乙醇、氫氧化鈉等為原料經(jīng)加熱攪拌方法制備出來的肥皂的照片，左圖是皂化完全后，將制得的黏稠液體倒入溫?zé)岬娘柡褪雏}水的小燒杯中的情形，右圖是用玻璃棒不斷攪拌，肥皂逐漸凝固析出的照片。肥皂的制備過程就是高級(jí)脂肪酸在甘油酯的堿性條件下水解過程，是得到各種天然脂肪酸的方法與途徑，所以說油脂是制備天然脂肪酸的方便易得的原料。并且所需設(shè)備簡單、方法易行，用試管、燒杯等簡單儀器及加熱攪拌簡易的操作方法就能實(shí)現(xiàn)上述酯的水解反應(yīng)，操作方法上即使小學(xué)生在老師的指導(dǎo)下也能完成。當(dāng)然，對(duì)于化學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)而言，此時(shí)的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該放在肥皂成分上，即就是根據(jù)高中化學(xué)知識(shí)，也應(yīng)該知道肥皂是一種混合物，化學(xué)組成中應(yīng)該有R1COONa、R2COONa和R3COONa等化合物存在。這樣就知道反應(yīng)式(1)其實(shí)是單甘油酯發(fā)生皂化反應(yīng)，是一種為了說明問題的簡單表示式，并不能精確反應(yīng)天然油脂的水解。如此就加深了對(duì)天然油酯水解的反應(yīng)較為深刻的認(rèn)識(shí)。

圖2 肥皂的制備

2 用肥皂制備天然脂肪酸

用肥皂制備天然脂肪酸，其實(shí)就是脂肪酸析出的過程：取0.5g新制的肥皂放入一試管中，加入4mL蒸餾水，加熱使肥皂溶解。再加入2mL(1∶5)稀硫酸，然后在沸水浴中加熱，將在液面上浮起一層油狀液體就是脂肪酸[5]，如圖3所示。.該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理就是利用高級(jí)脂肪酸鹽與無機(jī)強(qiáng)酸之間發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)，得到脂肪酸，以肥皂的主要成分硬脂酸鈉為例，反應(yīng)的離子方程式可以用(2)式表示：

圖3 脂肪酸的析出

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中親手制備出脂肪酸的同時(shí)，進(jìn)一步熟悉了化學(xué)反應(yīng)原理和脂肪酸的性狀。在有了這樣的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷后回過頭再看皂化反應(yīng)，就不再是高中時(shí)初學(xué)者的心態(tài)了，這就是實(shí)驗(yàn)的價(jià)值所在，或者是高等教育的目的和意義。

3 通過實(shí)驗(yàn)去加深對(duì)不飽和脂肪酸的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)

按照教材敘述，油脂中常見的飽和脂肪酸是十六酸與十八酸，其次是十二酸、十四酸和二十酸。它們的鈉(或鉀)鹽是肥皂的主要成分。不飽和脂肪酸分為一烯酸、二烯酸和三烯酸[2]，它們的分子結(jié)構(gòu)如圖4所示。除了2種飽和脂肪酸外，4種不飽和酸中，亞油酸和α-亞麻油酸和γ-亞麻油酸分子結(jié)構(gòu)中的烴基結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，因?yàn)椋滩脑谙N知識(shí)單元也沒有列舉出如此復(fù)雜的例子。所以，即就是在教學(xué)要求上限定在了解層次上也有相當(dāng)大的難度。

圖4 幾種天然脂肪酸的分子結(jié)構(gòu)式

熟豬油作為一種天然的脂肪，從理論上分析分子結(jié)構(gòu)組成中的烴基也應(yīng)該是混和型的，飽和的與不飽和的都有，具體情況是不是這樣？可以通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)檢測。如圖5所示，在盛有大豆油和熟豬油的四氯化碳溶液的試管中滴加3%溴的四氯化碳溶液，發(fā)現(xiàn)都發(fā)生了褪色現(xiàn)象，證明了這兩種天然油脂的分子結(jié)構(gòu)中都含有不飽和的烴基。從而證實(shí)了天然存在的一烯酸以18個(gè)碳原子的油酸分布最廣，幾乎存在于所有的動(dòng)植物油脂中的這個(gè)結(jié)論[2]。對(duì)照著實(shí)驗(yàn)的結(jié)果照片，即使在沒有做實(shí)驗(yàn)的情形下，也容易理解圖4中的幾種天然脂肪酸的分子結(jié)構(gòu)式。

圖5 油脂的不飽和性試驗(yàn)

4 結(jié)語

本文列舉了在一個(gè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生去理解復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物的理論教學(xué)案例，對(duì)于課本中一些看似處于非主體知識(shí)地位，但與人們的生活生產(chǎn)實(shí)際密切相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，能通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證而達(dá)到進(jìn)一步熟悉消化理論的，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用，用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象去證實(shí)、揭示分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。