建构“认知模型”突破有机推断——以“2020年浙江省7月选考化学有机推断题”为例

浙江

(作者单位：浙江省杭州市临安区昌化中学)

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》把“证据推理与模型认知”作为高中化学学科核心素养之一，并要求“能识别化学中常见的物质模型和化学反应的理论模型；能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型，能选择不同模型综合解释或解决复杂的化学问题”。有机推断试题知识容量大、综合性强、能力要求高，是浙江省选考化学必考的试题，也是难点。分值为10～12分，需要学生在10分钟内完成。在短时间内做到理解题意、获取信息、抓住题眼、准确分析并正确作答难度较大。笔者以浙江省近五次选考的有机推断试题为研究对象，梳理该题的考查内容及考点，并以2020年7月浙江省选考有机推断题为例，讨论有机推断复习中如何构建“推断模型”“切割模型”“官能团保护模型”“新信息解读模型”“有机合成路线模型”等认知模型，指导学生突破有机推断类试题。

一、近五次浙江省选考有机推断题分析

表1 浙江选考有机推断题(近五次)

纵观近五次浙江省选考化学的有机推断试题，发现试题都以新药物或药物中间体等的合成作为载体，提供起始原料和目标产物的结构，通过试题所给的信息(如反应试剂、反应条件、性质、部分有机物的结构以及其他新信息)进行综合分析、判断和推理，得出有机物的组成和结构，并完成相关问题。试题的设置主要涉及反应试剂和条件的选择、反应类型的判断、有机物结构简式和陌生化学方程式的书写、限定条件下的同分异构体的书写以及合成路线的设计，其中推断出有机物的结构是解决该试题的关键。试题以“框图+信息”的形式呈现，设计角度不同的推断难点，突出考查化学学科思维方式和学科能力。

二、有机推断复习中认知模型的构建

基于浙江省选考有机推断题的特点及学生的实际情况，教师在高三有机推断复习中可引导学生从“推断模型”“切割模型”“官能团保护模型”“新信息解读模型”“有机合成路线模型”等方面建立思维模型，并通过模型认知突破解题中的思维障碍，培养学生的分析能力、迁移能力以及灵活运用知识的能力。现以2020年7月浙江省选考有机推断题为例来说明认知模型在其中的构建策略和应用。

【真题呈现】某研究小组以邻硝基甲苯为起始原料，按下列路线合成利尿药美托拉宗。

图1

请回答：

(1)下列说法正确的是________。

A.反应Ⅰ的试剂和条件是Cl2和光照

B.化合物C能发生水解反应

C.反应Ⅱ涉及加成反应、取代反应

D.美托拉宗的分子式是C16H14ClN3O3S

(2)写出化合物D的结构简式________。

(4)设计以A和乙烯为原料合成C的路线(用流程图表示，无机试剂任选)________。

(5)写出化合物A同时符合下列条件的同分异构体的结构简式________。

1H—NMR谱和IR谱检测表明：①分子中共有4种氢原子，其中苯环上的有2种；②有碳氧双键，无氮氧键和—CHO。

1.构建推断模型

图2 推断模型

为了能够充分利用信息并做到灵活应用，需要学生熟练掌握基础知识，如根据官能团的性质，能从反应试剂(或条件)联想反应类型等。笔者就高中阶段重要官能团性质、反应条件及反应类型归纳如下：

表2

2.构建切割模型

在有机物结构推断过程中，可以通过构建切割模型来对已知结构的有机物进行合理分析，即利用反应前后分子式的变化、题给已知反应等信息，对有机物进行合理的切割。下面将对例题中两个有机物进行切割。

高中阶段有机物中官能团的转化主要形成C—X(X表示卤素原子)键、C—N键、C—O键三种化学键，由此可构建如下切割模型：

(1)C—X键的切割

(2)C—N键的切割

(X：—Cl、—OH等)

(3)C—O键的切割

3.构建新信息解读模型

在日常有机推断题的训练中不难发现，学生的基础程度不同，完成试题的时间差别较大，造成该结果的原因有多方面，其中对题给已知信息解读能力的差异是导致解题速度不同的原因之一。下面对例题中其中的一个信息进行分析理解。

信息的有效提取是迁移模仿的基础，根据上述信息的提取过程分析，可以构建新信息解读模型：

图3 新信息解读模型

需要说明的是，有机推断过程中对补充信息的解读不需要理解反应机理和反应历程，只需要从化学键的变化分析反应特征，并在推断过程中迁移应用。例如若在推断题中经常遇到复杂难懂的信息就可按照该模型来推导。

4.构建官能团的保护模型

有机合成中，有时为了使特定的官能团发生变化，减少副反应的发生，必须对其他基团进行保护，完成反应后再除去保护基，使其复原。因此保护措施也需要符合一定要求：1.只与保护基团发生反应且较易进行；2.保护基易脱除且除去保护基时，不影响其他基团。在有机推断试题中若有官能团的保护环节，往往会导致试题难度增大，但是学生只要正确理解基团保护的模型，能进行正常推断即可。如例题中的部分物质转化关系：

图4

虚线框中的基团转化过程就是为了保证在酸性KMnO4氧化甲基时，防止氨基被氧化，从而起到保护氨基的作用。基团的保护策略有多种，但万变不离其宗，具体总结的官能团的保护模型如图5所示。构建官能团的保护模型可以简化有机物的转化复杂流程，快速提取信息，推出化合物的具体结构。

图5 官能团的保护模型

5.构建有机合成路线模型

有机合成路线的设计是有机综合题近年来考查的重点，也是必考点。该考点着眼于考查学生的归纳与论证、探究与创新能力，同时考查了学生必备知识的掌握情况。以下为浙江省近五次选考试题中，针对合成路线中是否含有陌生反应信息及是否考查环状化合物的总结。

表3

通过比较不难发现有机合成的步骤一般为3～4步，其中学过的步骤控制在1～2步之间，陌生的步骤一般有2步左右。因此，陌生反应是设计合成路线的关键点，纵观整个框图和已知信息查找出陌生反应，识别反应过程重点考查的官能团变化情况，再结合题给反应物与产生的官能团对比便可迎刃而解。

例如例题中第(4)问：设计以A和乙烯为原料合成C的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。

【分析】首先，合成所用的关键信息往往隐藏于整个流程中，所以师生可以在题给流程中寻找与目标化合物有“形似”之处的物质。

其次，采用“逆推”法，比对原料和目标化合物的相同点及差异对其进行解剖。

图6

最后，结合反应条件和“已知”的陌生信息等，准确、详细分析流程中的合成历程，即断键、成键和官能团转化等，按要求书写出合成路线。

因此，在有机复习过程中，可以构建如图7有机合成路线模型来突破该重点。

图7 有机合成路线模型

需要注意的是，在书写有机合成流程时，所需条件切忌越位和自由发挥，必须均来自于教材信息或题干流程中给予的信息。

三、结语