配合物异构体的制备及红外光谱测定实验与课程思政.docx

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1、配合物异构体的制备及红外光谱测定实验与课程思政1课程思政素材一配位化学理论的提出1866年Wemer（1866-1919）,图1（a）所示生于法国一个铁匠之家，18岁开始进行化学研究（1884年），24岁获得苏黎世大学博士学位（1890年），主攻有机含氮化合物异构现象的研究。26岁任苏黎世联邦高等工业学校助教（1892年）,27岁任苏黎世大学副教授（1893年）。1892年的某个凌晨，Werner从梦中醒来，突发灵感，为解决当时存在争议的金属离子与氨的成键方式和结构问题，提出了“Werner配位理论”的三大假设，经修改后，便将这篇名为“论无机化合物的组成”的论文寄给了德国的无机化学学报。该论文

2、于1893年被发表,打破了德国化学家KekUi6与英国化学家CoUPer关于化合价恒定不变的观点，以及丹麦科学家J0rgensen与瑞典科学家B1ostrand提出的BIostrand-J0rgensen链式理论，提出副价的概念和配合物的立体化学，从此开创了无机化学学科的新时代。Wemer配位理论的主要内容为：大多数元素具有两种类型的价，即主价（相当于共价键）和副价（相当于配位键）；每种元素的主价和副价都倾向于得到满足;其他原子依其与中心金属原子结合方式的差异而分别处于化合物的内界和外界：副价的空间指向是固定的。受限于当时实验技术和实验条件，Werner配位理论缺乏充足的实验依据，引起了学术界

3、的广泛争议。经过14年的不懈努力，Werner的学生King采用澳代樟脑磺酸银作为拆分剂，经历2000次结晶实验，终于在1911年（45岁）成功拆分出具有镜面对称空间结构的CizeoC1（NH3）（en）2X2（en=乙二胺，X=CKBr或I）配合物，如图1（b）所示，从实验上证明了六配位的金属配合物的几何结构为八面体，进而为配位化学理论的确立提供了决定性证据。1913年，因其在配位化学的突出贡献，47岁的Wemer被授予“诺贝尔化学奖”。迄今为止，Wemer配位理论依然是当今配位化学研究的基础和指南。1.1课程思政元素融入教学过程的设计课程思政部分在开展“配合物异构体的制备”实验之前，首先以

4、配位化学奠基者Werner的生平和配位化学理论的确立为主线，介绍Werner为追求真理，将毕生精力投入到配位化合物研究中的历史事实。培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感，让学生明白科学技术的进步并非偶然，要学会站在巨人的肩膀上，刻苦钻研。同时，学习IVemer不屈不挠、持之以恒的科学精神，特别是在自己提出的配位理论不被同行（如Jorgensen等）认可的情况下，坚持科学哲学思维，坚定理想信念（即金属离子与有机物成键和结构问题），以辩证唯物主义为指导，以事实为依据，大胆假设（接弃当时流行的B1oStrand-JOrgensen链式理论），采用科学的研究方法，不气馁、不畏缩，历

5、经十四年的不断尝试，反复实验，找到最合适的拆分剂，取得成功。教育学生在自身成长过程中，不要因为一点挫折就一蹶不振、临阵脱逃。在学习过程中要向老一辈化学家看齐，学习他们勇于探索、坚持真理、持之以恒的品质，培养学生模型认知的化学学科核心素养，引导学生不忘初心、牢记使命，确立一个化学工作者应有的远大理想。强化学生“青出于蓝而胜于蓝”的思想，打牢学科基础知识，为中国特色社会主义事.业做贡献打下坚实基础。Werner生平对配位化学的贡献；配位化合物的定义、构成I配位原干和配位数多基配体和螯介物内外界间连缀词配位单元配体的先后顺序以C。C1(NH3)(en)2C2为例教学用书中的基本知识点图2配位化合物基

6、本概念的教学设计框架以Wemer历经14年合成的C0C1（NH3）（en）2Q2为例，引出教学用书中的配位化合物的定义、构成、配位原子和配位数、多齿配体和螯合物，及配位化合物的命名等内容，教学设计过程如图2所示。2课程思政素材一顺的的发现及发展学生们大都看过或听说过的影片我不是药神围绕普通慢粒白血病患者承担不起正版抗癌药的昂贵费用，只能使用印度仿制抗癌药为主线展开故事，不仅反映出病患及其家属的无奈和心酸,也体现了药物对人民生命的重要性。伯类抗癌药物是化学治疗肿瘤领域的首选，为了降低临床使用过程中肿瘤细胞的耐药性和毒副作用等影响,科研人员逐渐研发出第二代和第三代抗癌钳药。那么第一代伯类抗癌药是怎

7、么被发现的呢？1961年，美国物理学家RoSenbOrg(1927-2009,如图3(a)所示)前往密西根州立大学筹建生物物理系，在开展电场对细菌分裂丝状物的影响研究过程中，选用不会表现出丝状分裂的大肠杆菌为研究对象，以惰性金属伯为电极开展实验，实验发现当培养皿中的电解液同时含有氯离子和钱离子时，大肠杆菌停止生长和分裂，R。SenbOrg认为这是电极上游离的伯离子与电解液中的氯离子和铁离子作用，可以产生抑菌的效果，这一成果于1965年发表在Nmwe杂志上。经光化学实验表明，起到抑菌作用的物质是电解时产生的顺式-二氯二氨合钳(II)(顺伯，cs-Pt(NH3)2C12),在美国国家癌症研究中心的

8、协作下，验证了CiNPt(NH3)2C12在体外细胞和老鼠体内组织中具有抗肿瘤的活性。经试验后，于1978年上市，成为第一代伯类抗癌药物，主要应用于膀胱癌和睾丸癌的治疗，其中，睾丸癌的治愈率可达90%以上。其实，早在1844年意大利化学家PeyrOne在进行氯盐实验时就发现在实验过程中会产生一种黄色物质和一种绿色物质，并将其中的黄色物质命名为Peyrone盐”。直到1893年，配位化学的奠基者WemeI阐明其结构，Peyrone盐就是顺钳。顺钳之所以能够产生抗癌效果，主要是因为顺钳进入细胞后，氯配体被水分子取代，此水解过程为二级反应。双螺旋结构的DNA分子中，鸟嚓吟(GUanine)和腺嗯吟(

9、Adenine)中N7活性最高，易与中心离子Pt形成配位键，从而破坏DNA的双螺旋结构，抑制DNA转录，诱导细胞死亡，如图3(b)所示。为了直接监测药物或其代谢物在体内的情况，须进行复杂的药物预处理，这可能会对药理产生负面影响,而仪器操作复杂不利于实际操作、昂贵的购买费用不利于推广使用。因此，运用生物成像技术对细胞中的药物进行成像，就显得很有必要。不久前.，香港浸会大学1eung等合成了一种硼二毗咯基荧光有机分子(简称PS),可以在A-549肺癌细胞中对Pt2+、顺钳和奈达钳进行监测定位,这项技术为钳类药物及其代谢物监测和新的钳类药物研发提供了新的思路，如图4所示。教学用书中提及，顺钳的反式异

10、构体无抗癌作用，但后期的研究发现，顺伯的反式异构体的一些衍生物是具有抗癌效果的。图3(a)BarnettRosenborg；(b)顺钳抗癌作用图图41eung等合成的PS可用于细胞成像中顺的和奈达蛇的代谢检测2.2教学过程设计及课程思政元素融入首先讲解知识部分一一配位化合物的异构现象包括结构异构和几何异构（如图5所示）。其中，Ptc12（NH3）2为例，讲授具有平面正方形结构的配合物的几何异构现象。从我不是药神电影里面所讲述抗癌药物的重要性、价格昂贵等方面，提出自主研发抗癌药物及拥有自主知识产权的重要性。引导学生认识到化学与人类的生命健康息息相关，当前，全世界80%的药物都是由化学方法合成的，

11、可以说，化学是人类生命健康的保障之一，由此强化学生对化学专业的认同感。可以看出，钳类抗癌药物已从第一代发展到第三代，接下来可以介绍离我们并不遥远的昆明贵研药业有限公司，该公司是钳族金属抗肿瘤药物生产、科研和质量检验一体化公司，是我国重要的伯族金属抗肿瘤药物生产基地与科技创新平台之一。通过对本土抗癌药物公司及其产品的介绍，激发学生强烈的使命感，鼓励学生努力学习专业知识，将来成为国家和人民需要的螺丝钉，在合适的岗位上发光发热。其次，引出Rosenborg偶然发现抗肿瘤药物顺钳的过程。在此，可再增加若干科学发现的偶然性事件，如青霉素的发现、石蕊指示剂的发现等，引导学生理解偶然性与必然性的辩证关系,偶

12、然性不只是运气，更是自身知识的长期积累和不断实践探索的结果。教育学生科学技术的发现和发展是不以人的意志为转移的（RoSenborg是在研究电场对细菌分裂丝状物的影响过程中发现顺钳具有抗教学用书中的基本知识点菌性的），并且科学技术的发展不存在界限。每一项科技的发展，都有国家强大的经济基础、安定的社会环境和优良的教育体系等因素作为支撑，顺钳应用于抗肿瘤治疗，既是科学技术不断进步的结果，也是经济发展提高的重要体现。我们对未知事物的探索过程，就是与未知事物不断建立有效联系的过程，需要我们对已有知识进行综合，学会不同学科知识间的交叉融合应用。深入认识和理解化学与当今人类健康的紧密关系，增强学生的专业认同

13、感和社会责任感：引导学生在坚持辩证唯物主义思想的基础上,结合专业知识,养成勤于思考的习惯，真正理解成功不仅来源于偶然，也来源于自身知识的积累和不断探索的精神的道理。教育学生学习是终身的，不能总是抱着在考试中“撞大运”的想法，只有平时不断积累的“蹉步”才能实现“千里”的宏图。第三，介绍顺龄的抗肿瘤机理，结合科技前沿对钳类抗肿瘤药物作用过程的检测等内容，让学生理解当今学科间的交叉互融，不仅有利于学生对所传授知识的理解和掌握，而且有利于培养学生宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养，引导学生不断进取，做新时代中国特色社会主义建设事业的合格建设者。结构异构-1解离异构一配位异构一键合异构1配体异构一_一

14、.课程思政部分复习前面的基本内宏,同时为后面的配合物侨徒理论做铺垫顺钠、反伯顺伯类药物的发展和研究前沿RoSenborg发现顺任I的抗肿瘤作用顺钝抗癌的机理一图5配位化合物的异构现象的教学设计框架33.2课程思政素材一有机配位化合物前沿研究如前面提到的，顺钳是一种黄色物质，那么其他的配合物又是什么颜色的呢？影响配合物颜色的因素又有哪些呢？d-d跃迁。首先介绍教科书上的吸收光谱显色原理，即当可见光照射到物质上时，部分可见光被吸收,而未被吸收波长的光（与被物质吸收的光互补）通过物质或被物质反射，物质就显示出这些未被吸收波长的光的颜色。除了物质本身的吸收和反射，物质的颜色通常还受到哪些因素的影响呢？

15、在光照射下，配合物的晶体场d轨道中处在低能级电子吸收能量，跃迁至高能级d轨道,称为d-d跃迁。d-d跃迁是配合物显色的原因之一,发生d-d跃迁一般都会显示颜色。在讲解完教科书中关于Ti(H2)63+和Mn(H2)63+分别呈现紫红色和粉红色的理论解释内容后，以科学研究前沿内容为基础，介绍具有d-d跃迁的配合物体系的实际应用。研究人员用过渡元素金属离子C2+(3d7)Ni2+(3d8)和CU2+(3的)与具有八面体空间结构的Ti(3必)金属有机框架配合物Ti-MoF进行配位，制备过程如图6(a)所示。三种过渡金属离子进行配位后，Me)F的颜色发生了变化，经紫外可见分光光度计测试可知，这是金属离子

16、中的d-J跃迁导致了MOF颜色发生变化，物质颜色如图6(b)所示141。实验表明：M2+离子与Ti-MOF的配位明显促进了配合物的d-d跃迁在可见光区域的吸收，并且多金属配位加速了电荷载体的快速分离，可以作为催化剂，提高太阳光驱动H2O分子产生H2的反应活性，在清洁能源燃料领域具有应用潜力。图6(a)三种金属离子与Ti-MOF配位的示意图：(b)三种金属离子配位后的MoF颜色比较图(2)电荷跃迁。电子组态为小-加的配合物容易发生d-d跃迁而显示颜色，电子组态为do和dio的配合物没有d跃迁，但一些曲和du的配合物也会有颜色，这是配合物内电荷从阴离子配体向阳离子配体转移造成的，这种显色机理称为电荷跃迁。在讲解完教科书中的内容后，以Pt(II)(5扇)为中心离子的树状大分子配合物为例，介绍具有电荷跃迁的配合物在生产生活中的重要作用