运用“标号法”突破有机合成路线设计——以2022年1月浙江省普通高校招生选考科目考试化学第31题为例

浙江 成则丰

(作者单位：浙江省余姚中学)

在高中化学课程体系中，有机化学模块一直占据着十分重要的地位。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》中对该模块的要求是“通过本课程模块的学习，引导学生建立‘组成、结构决定性质’的基本观念，形成基于官能团、化学键与反应类型认识有机化合物的一般思路，了解测定有机化合物结构、探究性质、设计合成路线的相关知识，发展化学学科核心素养。”

在浙江省化学选考试题中，有机合成题也一直作为高频考题，占据较大的比重。在试题选材上，往往以高中常见的有机物为基础原料，通过高中所学的基本反应以及题干所给信息，经过多步转化最终合成具有实际应用价值的化学物质。试题的考查角度也是基本稳定的，近5次浙江选考化学有机化学试题分析如表1，选择题主要考查有机物的基本性质、反应类型、分子式；通过结构简式、键线式、化学方程式的书写考查学生符号表征和分析推理的能力；通过限定条件下同分异构体的书写既考查了学生对有机官能团结构及性质的熟练程度，又考查了学生的空间想象能力以及对有关数据的判断处理能力；最后的合成路线设计更是能反映出学生对题干信息的整合、吸收和迁移能力，有非常好的区分度。整个有机合成题将知识、能力、素养进行纵向整合，有利于拓展学生的学科视野，彰显化学学科在社会生产、生活中的价值，反映了测量与评价的时代性和创新性。

表1 近5次浙江选考化学有机合成题分析

一、标号法的内涵与实践

有机合成过程中的反应主要涉及官能团的转变、碳链的增减、碳骨架的改变等，学生能否在较短时间内获取有效信息并推出未知有机物的结构简式，是提高试题得分率的前提条件。目前学生一般采用的解题方法是反应条件分析法、结构比对法、分子式加减法、逆推法和切断法等，但对于一些结构相对比较复杂的，或涉及碳骨架改变的缩合(成环)反应，学生就往往会显得束手无策。

1.标号法的内涵

化学反应包含成键情况的变化，标号就是尽可能按顺序给反应物中的每个非氢原子标号，然后通过原子连接顺序与成键情况找出反应物与产物中相对应的原子，并使发生变化的键的数目最小。通过这样的标号，可以帮助学生确定产物分子中原子与原料分子中原子之间的关系，并由此了解反应是如何进行的。例如图1所示共轭二烯与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生Diels—Alder反应，通过标号就能清楚看到反应过程中，断裂了1号和2号碳原子之间的π键、3号和4号碳原子之间的π键、5号和6号碳原子之间的π键，新生成了1号和6号碳原子之间的σ键、4号和5号碳原子之间的σ键，整个碳骨架进行了重新构建，从碳链合成了碳环。

图1 Diels—Alder反应

2.标号法的实践

对于小分子有机物，或者只是涉及官能团之间转化的反应，学生可以通过已构建的知识体系加以实现。而当试题中出现结构、反应过程比较复杂，甚至有碳骨架重构的合成路线，学生就会不知该如何解决，这也是整个有机合成的难点所在。在实际解决问题时，教师应引导学生先整合题干信息，运用标号法对断键和成键情况进行分析，然后对相关知识进行迁移应用，从而实现难点的突破。在平时的学习中，教师可帮助学生建立如图2所示的“标号法”解决有机合成难点问题的思维模型。

图2 “标号法”解决有机合成难点问题的思维模型

【例题】(2022·浙江1月选考·31节选)化合物H是一种具有多种生物活性的天然化合物。某课题组设计的合成路线如图3(部分反应条件已省略)：

图3

请回答：

(2)化合物M的结构简式是________；化合物N的结构简式是________；化合物G的结构简式是________。

(3)补充完整C→D的化学方程式

B→C的转化：通过结构对比可以看出这步转化涉及官能团的变化，将酯基还原为羟基，而LiAlH4是常见的有机还原剂，通常能将羰基类化合物(如羧酸、酯等)还原为醇。

E→F的转化：这步转化涉及的是高中化学比较常见的醇氧化生成酮的转化。

三、高考备考复习策略

有机合成真实复杂的情境，决定了试题在合成路线上会出现超过高中认知的“陌生反应”，教学实践表明，学生在解答有机合成大题时存在的障碍主要集中在以下四个方面：其一是畏惧“陌生反应”，看不懂陌生条件、陌生试剂，尤其是涉及没有给出结构简式的、多步转化的反应就失去了推导方向，缺乏信心；其二是提取、加工题干信息的能力欠缺，对关键信息缺乏敏感度，有时甚至直接无视这些信息；其三是对已知信息的迁移应用能力不够，不能深入理解有机反应的机理。针对以上情况，结合教学实践，笔者提出以下复习备考策略供各位教师依据学情参考借鉴。

1.让学生明确题干信息的重要作用

教书育人的目标之一是使学生能够根据自身的生活经验和知识积累灵活适应试题中的新情境，解决新问题，而学会迁移是一项重要技能。命题者之所以在题干中设置一些已知信息，是因为充分了解教材知识体系和学生的已有知识，它是学生解决疑难问题的敲门砖，它对解题是必不可少的。学生只有在充分理解已知信息的基础上，才能顺利完成整个合成路线的推导。教师在平常的教学过程中，要充分研究历年真题中的已知信息，挖掘这些信息与教材知识、真题之间的内在联系，让学生真正认识到信息的重要作用。化学高考信息题通过控制信息材料的陌生度，解决情境问题的匹配性、综合性和创造性，考查学生的学习能力和核心素养，符合当下素养导向的考试测评要求。

2.让标号法成为教学的常态化手段

笔者认为，标号法的教学并不能一蹴而就，而是一项循序渐进的过程。首先需要在一轮复习之初甚至在授新课阶段就渗透标号法的理念，让学生在一些简单的涉及碳骨架构建的缩合反应中进行实践，从中总结出规律和成功经验，然后再逐渐运用在大分子、大环的合成中。其次教师在标号法的教学过程中，也要注重“教—学—评”的一致性，即在课堂除了进行知识传授之外，也尽可能给学生创造“写”与“说”的机会，“写”是为了展示学生对知识与技能的掌握情况，而“说”可以从两个方面进行，一方面是学生自我阐述对标号法的应用过程与心得，另一方面可以是由他人评述，对同学所写所说进行点评。教师通过这样互动式的教学，使学生在掌握有机合成核心知识与技能的同时，发展批判性思维、创新能力、合作能力、沟通交流能力等高级素养。