運用“標號法”突破有機合成路線設計
——以2022年1月浙江省普通高校招生選考科目考試化學第31題為例

浙江 成則豐

(作者單位：浙江省余姚中學)

在高中化學課程體系中，有機化學模塊一直占據著十分重要的地位。《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》中對該模塊的要求是“通過本課程模塊的學習，引導學生建立‘組成、結構決定性質’的基本觀念，形成基于官能團、化學鍵與反應類型認識有機化合物的一般思路，了解測定有機化合物結構、探究性質、設計合成路線的相關知識，發展化學學科核心素養。”

在浙江省化學選考試題中，有機合成題也一直作為高頻考題，占據較大的比重。在試題選材上，往往以高中常見的有機物為基礎原料，通過高中所學的基本反應以及題干所給信息，經過多步轉化最終合成具有實際應用價值的化學物質。試題的考查角度也是基本穩定的，近5次浙江選考化學有機化學試題分析如表1，選擇題主要考查有機物的基本性質、反應類型、分子式；通過結構簡式、鍵線式、化學方程式的書寫考查學生符號表征和分析推理的能力；通過限定條件下同分異構體的書寫既考查了學生對有機官能團結構及性質的熟練程度，又考查了學生的空間想象能力以及對有關數據的判斷處理能力；最后的合成路線設計更是能反映出學生對題干信息的整合、吸收和遷移能力，有非常好的區分度。整個有機合成題將知識、能力、素養進行縱向整合，有利于拓展學生的學科視野，彰顯化學學科在社會生產、生活中的價值，反映了測量與評價的時代性和創新性。

表1 近5次浙江選考化學有機合成題分析

一、標號法的內涵與實踐

有機合成過程中的反應主要涉及官能團的轉變、碳鏈的增減、碳骨架的改變等，學生能否在較短時間內獲取有效信息并推出未知有機物的結構簡式，是提高試題得分率的前提條件。目前學生一般采用的解題方法是反應條件分析法、結構比對法、分子式加減法、逆推法和切斷法等，但對于一些結構相對比較復雜的，或涉及碳骨架改變的縮合(成環)反應，學生就往往會顯得束手無策。

1.標號法的內涵

化學反應包含成鍵情況的變化，標號就是盡可能按順序給反應物中的每個非氫原子標號，然后通過原子連接順序與成鍵情況找出反應物與產物中相對應的原子，并使發生變化的鍵的數目最小。通過這樣的標號，可以幫助學生確定產物分子中原子與原料分子中原子之間的關系，并由此了解反應是如何進行的。例如圖1所示共軛二烯與含碳碳雙鍵的化合物在一定條件下發生Diels—Alder反應，通過標號就能清楚看到反應過程中，斷裂了1號和2號碳原子之間的π鍵、3號和4號碳原子之間的π鍵、5號和6號碳原子之間的π鍵，新生成了1號和6號碳原子之間的σ鍵、4號和5號碳原子之間的σ鍵，整個碳骨架進行了重新構建，從碳鏈合成了碳環。

圖1 Diels—Alder反應

2.標號法的實踐

對于小分子有機物，或者只是涉及官能團之間轉化的反應，學生可以通過已構建的知識體系加以實現。而當試題中出現結構、反應過程比較復雜，甚至有碳骨架重構的合成路線，學生就會不知該如何解決，這也是整個有機合成的難點所在。在實際解決問題時，教師應引導學生先整合題干信息，運用標號法對斷鍵和成鍵情況進行分析，然后對相關知識進行遷移應用，從而實現難點的突破。在平時的學習中，教師可幫助學生建立如圖2所示的“標號法”解決有機合成難點問題的思維模型。

圖2 “標號法”解決有機合成難點問題的思維模型

【例題】(2022·浙江1月選考·31節選)化合物H是一種具有多種生物活性的天然化合物。某課題組設計的合成路線如圖3(部分反應條件已省略)：

圖3

請回答：

(2)化合物M的結構簡式是________；化合物N的結構簡式是________；化合物G的結構簡式是________。

(3)補充完整C→D的化學方程式

B→C的轉化：通過結構對比可以看出這步轉化涉及官能團的變化，將酯基還原為羥基，而LiAlH4是常見的有機還原劑，通常能將羰基類化合物(如羧酸、酯等)還原為醇。

E→F的轉化：這步轉化涉及的是高中化學比較常見的醇氧化生成酮的轉化。

三、高考備考復習策略

有機合成真實復雜的情境，決定了試題在合成路線上會出現超過高中認知的“陌生反應”，教學實踐表明，學生在解答有機合成大題時存在的障礙主要集中在以下四個方面：其一是畏懼“陌生反應”，看不懂陌生條件、陌生試劑，尤其是涉及沒有給出結構簡式的、多步轉化的反應就失去了推導方向，缺乏信心；其二是提取、加工題干信息的能力欠缺，對關鍵信息缺乏敏感度，有時甚至直接無視這些信息；其三是對已知信息的遷移應用能力不夠，不能深入理解有機反應的機理。針對以上情況，結合教學實踐，筆者提出以下復習備考策略供各位教師依據學情參考借鑒。

1.讓學生明確題干信息的重要作用

教書育人的目標之一是使學生能夠根據自身的生活經驗和知識積累靈活適應試題中的新情境，解決新問題，而學會遷移是一項重要技能。命題者之所以在題干中設置一些已知信息，是因為充分了解教材知識體系和學生的已有知識，它是學生解決疑難問題的敲門磚，它對解題是必不可少的。學生只有在充分理解已知信息的基礎上，才能順利完成整個合成路線的推導。教師在平常的教學過程中，要充分研究歷年真題中的已知信息，挖掘這些信息與教材知識、真題之間的內在聯系，讓學生真正認識到信息的重要作用。化學高考信息題通過控制信息材料的陌生度，解決情境問題的匹配性、綜合性和創造性，考查學生的學習能力和核心素養，符合當下素養導向的考試測評要求。

2.讓標號法成為教學的常態化手段

筆者認為，標號法的教學并不能一蹴而就，而是一項循序漸進的過程。首先需要在一輪復習之初甚至在授新課階段就滲透標號法的理念，讓學生在一些簡單的涉及碳骨架構建的縮合反應中進行實踐，從中總結出規律和成功經驗，然后再逐漸運用在大分子、大環的合成中。其次教師在標號法的教學過程中，也要注重“教—學—評”的一致性，即在課堂除了進行知識傳授之外，也盡可能給學生創造“寫”與“說”的機會，“寫”是為了展示學生對知識與技能的掌握情況，而“說”可以從兩個方面進行，一方面是學生自我闡述對標號法的應用過程與心得，另一方面可以是由他人評述，對同學所寫所說進行點評。教師通過這樣互動式的教學，使學生在掌握有機合成核心知識與技能的同時，發展批判性思維、創新能力、合作能力、溝通交流能力等高級素養。