“有機(jī)立體化學(xué)”教學(xué)中課程思政的探索

陳曉嵐 孫凱 於兵

[摘 要]“有機(jī)立體化學(xué)”是有機(jī)化學(xué)課程的重要章節(jié)。在“有機(jī)立體化學(xué)”的授課過(guò)程中合理地融入思政元素，可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)和思政知識(shí)的雙重教育。

[關(guān)鍵詞]有機(jī)化學(xué);立體化學(xué);課程思政

[中圖分類號(hào)] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）48-00-02[收稿日期] 2020-10-04

教育，尤其是高等教育，是國(guó)之大計(jì)、黨之大計(jì)，承擔(dān)著立德樹(shù)人、培養(yǎng)高端人才的根本任務(wù)。課程思政是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的關(guān)鍵所在。黨的十八大以來(lái)，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視思政課建設(shè)。在黨中央、教育部的系列決策部署下，各地區(qū)、各部門(mén)、各高校采取了諸多有力措施，認(rèn)真貫徹落實(shí)思政課建設(shè)。面對(duì)新形勢(shì)、新挑戰(zhàn)，理工科，尤其是化學(xué)學(xué)科的課堂效果還需提升，授課教師在傳授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)還要合理地融入思政元素，在提升學(xué)生專業(yè)能力的同時(shí)也幫助學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，深植家國(guó)情懷，培養(yǎng)文化認(rèn)同，增強(qiáng)民族自信。

有機(jī)化學(xué)及其相關(guān)行業(yè)在日常生活和國(guó)民生產(chǎn)中具有重要地位。目前，有機(jī)化學(xué)課程是化學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料、環(huán)境等專業(yè)方向的重要基礎(chǔ)課程。雖然，現(xiàn)階段我國(guó)各高校的化學(xué)學(xué)科本科培養(yǎng)方案均開(kāi)設(shè)有機(jī)化學(xué)課程，但是總體來(lái)看高校有機(jī)化學(xué)課程的授課時(shí)間不是特別充裕（一般不超過(guò)兩學(xué)期）。在極其有限的時(shí)間內(nèi)，多數(shù)教師只能結(jié)合培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱完成教學(xué)工作，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育的時(shí)間相對(duì)較少。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，授課教師需要充分思考如何在有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中融合思政元素，達(dá)到在傳授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生價(jià)值觀的正確引導(dǎo)。本文中，我們以“立體化學(xué)”的教學(xué)為例，可以融入以下課程思政元素。

手性（Chirality）物質(zhì)廣泛存在于自然界，例如作為構(gòu)成地球生命活動(dòng)的重要生物大分子都是手性物質(zhì)，如構(gòu)成我們遺傳物質(zhì)的核酸，構(gòu)成我們皮膚、臟器、頭發(fā)的蛋白以及催化體內(nèi)眾多反應(yīng)的酶蛋白，供應(yīng)我們生命活動(dòng)能量的糖類化合物，都是手性的。更不用說(shuō)天然產(chǎn)物中還存在眾多的已知和未知的手性小分子，如許多的生物堿，萜類和甾族，激素等等。這些手性小分子在生物體內(nèi)往往有著極其重要的生理功能。特別值得一提的是目前小分子藥物中很大一部分是手性的，他們通過(guò)與體內(nèi)手性大分子之間分子之間的識(shí)別與作用位點(diǎn)匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)其藥理學(xué)作用，這些生物大分子經(jīng)常成為手性藥物設(shè)計(jì)和研發(fā)的特定靶點(diǎn)。當(dāng)前手性藥物的研究與開(kāi)發(fā)構(gòu)成了國(guó)際新藥研究主要方向之一。

含有手性因素的一對(duì)對(duì)映體在生物體內(nèi)的藥理活性、代謝過(guò)程以及毒性通常存在顯著差異，兩種對(duì)映異構(gòu)體在手性的生命體環(huán)境中可能有顯示明顯不同的生物活性。因?yàn)槭中运幬锓肿颖仨毰c反應(yīng)受體（被反應(yīng)物）分子結(jié)構(gòu)匹配，才能起到藥物治療作用，而生命體系中的這些受體通常是手性的，就如同右手只能帶右手套，而帶左手套就不舒服一樣！因此，兩種對(duì)映異構(gòu)體通常是僅有一種有效，另一種無(wú)效甚至是有害的。手性藥物有時(shí)是以一對(duì)對(duì)映體外消旋混合物的形式在市場(chǎng)上直接銷售的，例如以“Advil，Motrin，Nuprin”商品名銷售多年的抗炎藥布洛芬（ibuprofen）是外消旋混合物，其中S型布洛芬分子有抗炎活性，而R型布洛芬分子是無(wú)抗炎作用的，盡管R型分子在體內(nèi)能慢慢轉(zhuǎn)化成S型分子，純S型布洛芬藥物在體內(nèi)起效時(shí)間是12分鐘，而外消旋布洛芬藥物在體內(nèi)起效時(shí)間長(zhǎng)達(dá)38分鐘。再例如，由西德公司開(kāi)發(fā)1957年上市的反應(yīng)停（Thalidomide）被孕婦用來(lái)緩解懷孕初期的嘔吐不適癥狀，這個(gè)藥物當(dāng)時(shí)也是以外消旋體混合物形式銷售的，結(jié)果造成了多達(dá)上萬(wàn)畸形海豚嬰兒出生的歷史悲劇，隨后的研究表明，S型分子是造成這種出生缺陷的罪魁禍?zhǔn)祝ㄒ?jiàn)圖1）。

由于生命體系的手性環(huán)境，來(lái)自天然的手性藥物通常是純手性化合物，相比之下，實(shí)驗(yàn)室中，由于沒(méi)有手性環(huán)境的干預(yù)，人工合成手性的藥物，通常是以外消旋體形式存在的，這樣勢(shì)必浪費(fèi)掉一半的原料，首先不是原子經(jīng)濟(jì)的合成。不僅如此，從以上的示例還可以看出，消旋體中我們不需要的另一半對(duì)映體化合物可能還會(huì)影響人體對(duì)所需藥物的吸收利用，更有甚者還會(huì)有嚴(yán)重毒副作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，全球有機(jī)合成工作者、藥物公司長(zhǎng)久以來(lái)不懈努力，來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有對(duì)映異構(gòu)體立體選擇性的合成，也就是在手性催化劑，手性溶劑等的干預(yù)下，實(shí)現(xiàn)只對(duì)一種對(duì)映異構(gòu)體而非外消旋體的合成。2001年的化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)一半被授予William S. Knowles教授和Ryoji Noyori教授，以表彰他們?cè)谑中源呋託浞磻?yīng)的貢獻(xiàn)，另一半授予美國(guó)科學(xué)家Barry Sharpless教授，以表彰他在手性氧化反應(yīng)的貢獻(xiàn)。盡管如此，和自然相比，人類在實(shí)驗(yàn)室中合成手性天然產(chǎn)物領(lǐng)域遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到隨心所欲的地步，未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走，美國(guó)著名有機(jī)化學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R. B. Woodward教授1941年合成了奎寧，1954年合成馬錢(qián)子堿，1972年合成維生素B12。維生素B12的實(shí)驗(yàn)室合成需要90個(gè)合成步驟，占用了100位科學(xué)家11年的合成才得以完成（見(jiàn)圖2）。

2015年10月5日，諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)被授予中國(guó)科學(xué)家屠呦呦，以表彰她在青蒿素的提取發(fā)現(xiàn)以及醫(yī)藥應(yīng)用方面對(duì)人類的巨大貢獻(xiàn)，屠呦呦及工作團(tuán)隊(duì)在青蒿素領(lǐng)域的科學(xué)成就極大地減少了瘧疾及其他寄生蟲(chóng)疾病的死亡率。而青蒿素正是一個(gè)由多個(gè)手性碳構(gòu)成小分子天然藥物，15個(gè)碳組成的小分子中卻含有7個(gè)手性碳原子，理論上應(yīng)該有27=128個(gè)手性立體異構(gòu)體，但在植物體內(nèi)卻可以立體專一性的合成其中的一個(gè)手性化合物，讓人不得不嘆服大自然的鬼斧神工！目前青蒿素可通過(guò)大面積人工種植青蒿，分離提取獲得（見(jiàn)圖3）。

中國(guó)有五千年文明發(fā)展史，中國(guó)人很早就懂得利用天然產(chǎn)物醫(yī)治病患，如李時(shí)珍的本草綱目就是中國(guó)人對(duì)利用天然產(chǎn)物醫(yī)治疾病的寶貴財(cái)富。而這次在抗擊新型冠狀病毒的生死博弈中，中國(guó)醫(yī)學(xué)工作者在中西醫(yī)融合治療新型冠狀病毒的新領(lǐng)域中做出有益探索，成績(jī)顯著，彰顯了中華中醫(yī)藥的博大精深。習(xí)近平總書(shū)記指出“綠水青山就是金山銀山”，要把生態(tài)環(huán)境保護(hù)放在更突出位置，像保護(hù)眼睛一樣保護(hù)生態(tài)環(huán)境。目前，還有眾多的天然手性活性化合物不能在實(shí)驗(yàn)室中輕易合成，而自然界卻能在上億年的進(jìn)化史中利用自身的酶催化巧妙地完成立體專一性的復(fù)雜合成，例如紫杉醇（見(jiàn)圖4）是從35000多種植物中提取出來(lái)的100000種天然產(chǎn)物中最有效的抗癌手性天然藥物之一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且含有多個(gè)手性碳，治療一個(gè)癌癥病人大約需要犧牲六棵杉樹(shù)，1994年，兩條全合成路線被發(fā)展，鑒于在實(shí)驗(yàn)室中全合成的巨大成本和代價(jià)，后來(lái)有機(jī)合成化學(xué)家發(fā)展了從自然界豐富存在的相關(guān)母核化合物開(kāi)始，通過(guò)半合成來(lái)獲取紫杉醇，大大提高了效率，有效保護(hù)了自然資源。

通過(guò)上述課程思政的實(shí)例，我們發(fā)現(xiàn)在“立體化學(xué)”的相關(guān)教學(xué)過(guò)程中融入課程思政元素的切入點(diǎn)很多，許多故事和實(shí)例也非常生動(dòng)。授課教師將思政元素如國(guó)家政策、行業(yè)新聞、文化典故等合理地融入課堂教學(xué)中，一方面能增加專業(yè)課程的趣味性，提高學(xué)生的興趣，另一方面也能達(dá)到弘揚(yáng)科學(xué)精神、樹(shù)立民族自信、增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感的目的。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)好有機(jī)化學(xué)課程專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀?？傮w來(lái)說(shuō)，思政元素融合到專業(yè)課程中并不是一件一蹴而就的事情過(guò)程，授課教師應(yīng)該在日常教學(xué)工作中堅(jiān)持思考和實(shí)踐“課程思政”，以“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的方式實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)和思政知識(shí)的雙重教育。