“波谱分析”课程教学方法分析与实践

刘世娟

(吉林师范大学 化学学院，吉林 四平 136000)

1 “波谱分析”课程概况

波谱分析是有机化合物结构确定的最常用的方法之一，它对有机化学、生物化学、药物化学、医学等学科的发展都起着积极的推动作用.因此，波谱分析课程被高校化学及相关专业设置为专业课，成为将来从事化学与相关工作或进一步深造的大学生必修的一门重要课程.本课程的主要任务是系统的学习紫外光谱、红外光谱、核磁共振和质谱的基本概念、基本原理、解析方法以及四大谱在结构分析中的综合应用.让学生全面系统掌握各种波谱产生的原理、谱图与化合物结构的关系、谱图的解析和应用方法，培养学生在学习和实验中解决实际问题的能力.

2 “波谱分析”课程特点分析

(1)高校和科研院所之所以设置波谱分析课程，是源于波谱分析方法的优势.有机化合物，不论是从天然产物中提取的还是通过合成得到的，都需要测定它的分子结构，也就是确定得到的产品是否是我们想要的物质.如对其结构不了解，就很难深入研究其性质、应用等，因此，确定有机化合物的结构是有机化学研究者需要首先解决的问题.过去用物理或化学方法测定化合物的结构，但是物理量测定需要样品量大；对于结构相似的异构体难以分析；化学方法分析结构操作较复杂，不易进行，而且有时破坏分析的物质.随着科学技术的发展、仪器的普及，有机化合物的分析方法也从传统的物理、化学方法转变为仪器分析方法为主.在仪器分析方法中，波谱分析已成为最普及、最可靠、最有效的手段.首先，获得的数据可靠，且比经典的化学方法快得多；其次，样品用量少，一般只需要几微克到20毫克.除质谱以外大多能回收；最后，不改变混合体系的组成就能分析，对互变异构和构象等的研究比化学法更可靠.

(2)波谱分析课程在整个课程体系中占据重要地位，发挥着重大的作用.在专业课中，例如，有机化学的学习，在介绍一类有机化合物时，常常介绍它的官能团谱图数据，如我们掌握波谱分析这门课就能很好的理解掌握这些有机化合物，也有助于分析类似的化合物.再如，因为芳香性化合物中的质子具有特定范围的化学位移，所以可用波谱分析课程中的氢核磁共振谱图判断其芳香性.在实验课中，学习波谱分析这门课后，学生对合成的产品就能通过谱图进行鉴别和分析，能够快速、准确地推断其结构.当今，科学迅速发展，各学科有相互交叉和渗透，波谱分析所涉及的领域在不断增加，化学、医学、药学、生物学、材料、环境等领域工作者都需要用到波谱分析.波谱分析课程传授的是现代化知识，为培养合格的现代化专业人才提供服务.通过波谱分析这门课的学习，使学生能够运用波谱法对有机化合物进行结构分析，提高学生在学习和实际科研中分析、解析图谱的能力，为后续课程、毕业论文及以后的工作和深造奠定良好的基础.

3 波谱分析课程教学方法与实践探索

根据教育部提出的“加强基础、淡化专业、面向未来”的教改指导思想，现在大学生开设的课程较以前多，每门课程的学时较以前少，在有限的课时里根本就没有办法涵盖原来的教学内容，所以在教学过程中需改革教学方法和教学模式.波谱分析课内容多而杂，但课时少，学生学习热情不高，大多数学生对这门课的学习都感觉有一定的难度.近几年，一些教师对波谱分析课程进行了教学改革，并提出了许多建议[1-3].为了让学生掌握有机化合物波谱分析这门课，提高学生识图、解图的能力.教师应在教学过程中，探索如何在有限的课时里完善教学内容，提高教学质量，使学生更好的掌握这门课.我们主要通过以下几方面来提高学生学习的积极性.

(1)有侧重点讲解.传统的波谱分析讲授方法是教师理论讲授的较多，应用讲解的较少，具体的谱图例子更少.波谱分析这门课理论性和实践性都很强，如都系统深入讲解，对于选修课来说不太实际，不如有针对性讲解.大部分学生今后主要是应用谱图来分析有机化合物，所以可以重点讲解它的应用.对于有机化合物来说分析其结构重点是分子中的原子连接的方式和顺序，即有机化合物中的官能团及所处的化学环境，所以我们重点研究波谱分析里的红外谱图和核磁谱图，其次是质谱，紫外谱图简单介绍.

(2)启发式教学，以学生为主体.教学的目的是学生的学.教师可以从学生所了解和熟悉的兴趣出发，引导学生，使学生愿意自己去学，去记忆和总结.所以，在讲课过程中“以教师为引导，学生为主体”，用具体的谱图，让学生自己通过各谱图的出峰位置和峰形，理解记忆各种谱图的原理、谱图数据，从而分析可能含有的官能团及结构，进而推导化合物的具体结构.过程中教师对其进行补充和总结.例如《有机化学》[4]中第八章课后19题的中间产物和最终产物的结构推断，可以让学生根据有机化学的知识先推断一下其反应历程，其反应历程可能为：

图1 1，2，3，4-四甲基-3，4二氯环丁烯在SbF5后和SO2中的反应方程

然后通过给出的氢核磁数据进一步验证其推断的正确性：在化合物I中与双键相连的两个甲基氢是相同的，与饱和碳相连的两个甲基氢相同，所以出现两个单峰，其化学位移分别为2.6ppm和1.5ppm；在化合物II中由于p-π共轭效应，正电荷得到分散，分布在三个碳原子上，但两端碳上带的正电荷多些，所以与其相连的甲基化学位移为δ2.65，中间甲基化学位移为δ2.20ppm；在化合物III中由于形成一个大的共轭体系，体系具有芳香性，所以四个甲基的化学环境相同，且移向低场.反之，也可以通过给出的反应物、中间体和产物的氢核磁谱图数据推断各化合物的结构，从而推断出其反应机理.

(3) 多媒体的应用.随着课时的缩减和计算机信息技术的发展，多媒体辅助教学已成为目前课堂的最主要教学方法和模式之一.多媒体教学可以在有限的学时里给学生更多的知识量，但是有时让学生摸不着侧重点，所以对于重点的内容仍以板书为主，多媒体为辅，采用两种相结合的方法.多媒体教学的最主要优点是能够将谱图、文字、声音、动画集于一体，增强学生的感性认识，使抽象的教学内容变得丰富和生动起来，提高他们的学习积极性，使学生在学习的知识点上可以更形象的理解和记忆.例如IR中各官能团的位置和峰形的总结可以放在一张谱图中，通过动画形式将谱图、文字和声音表现出来，使学生能很好地理解记忆所学的知识.

图2 红外谱图中各官能团的位置和峰形的总结

(4) 科研实例的引入.因为学生学习这门课主要是为以后从事此方面的工作打下基础，大部分学生是在以后的科研中应用较多，所以这门课的主要目的是提高学生识谱、解谱技能.波谱分析主要是对新合成的有机化合物的结构进行推断，所以在波谱分析中可以结合当前研究的热点化合物、有机化学中所学的化合物和学生有机化学实验课做的化合物进行谱图分析，这样更易引起学生学习的兴趣.例如在有机化学实验中学习的乙酰苯胺的制备，得到的产品可以通过熔点和IR进行表征.

图3 乙酰苯胺的红外光谱图

通过乙酰苯胺的红外谱图可以看到：在3400cm-1的峰为N-H伸缩振动吸收峰，1680 cm-1为C=O的伸缩振动吸收峰，1600～1450 cm-1为苯环骨架振动吸收峰，1400～1300 cm-1为C-N骨架振动吸收峰，760 cm-1和700 cm-1为苯环一取代吸收峰.在课程中加入学生了解的科研实例使学生增强感性认识，掌握解析各类化合物谱图的基本特征，使学生所学知识得以巩固.

波谱分析是一门理论与实用性都较强的课程.我们希望通过对波谱分析课程教学内容以及教学方法的一些适当调整，使学生更好地掌握波谱分析这门课，提高他们识图、解图能力.我们在课程教学过程中采用上述教学方法，对于提高学生的综合解析能力具有一定的成效.近年来，波谱分析的教学内容和教学方法在不断地更新和改革，如何丰富教学手段，提高教学效果，值得进一步深入研究和探讨.

参考文献：

[1]曹书霞， 廖新成.波谱分析课程教学的实践与思考[J].大学化学，2010， 25(5): 36-38.

[2]王多志.浅谈“有机波谱分析”课程教学的几点体会[J].中国电力教育，2011，11(234)，81-82.

[3]陈广通， 汪冬庚， 王新杨.有机化合物波谱分析课程教学方法探讨[J].现代医药卫生， 2010， 26 (14): 2234-2235.

[4]李景宁. 有机化学[M]. 第五版.北京：高等教育出版社，2011.