作者
安娜贝尔
文摘
本文勾勒出一个清晰的学习方法的基础有机化学和生物化学的学生从这些准备职业卫生领域的非科学专业。看起来在深度反应与人体的生化过程,如反应包括醇、羧酸、酯、胺、酰胺、二硫化。目标是呈现主题,这样同行学生可以清楚地与主题相关的特定的研究领域。可以使用缩写词等助记助攻,或使用真实的例子,这些化学反应发生在人体或处理各种药品。这些方法为学生提供具体和实际的例子如何使用化学专业的医护人员,让他们有一个坚实的过程中获得成功所必须掌握的概念。
介绍
许多学生(包括作者)花一个学期基本化学课和实验课(化学102)调查的基础有机化学和生物化学(Van Lanenet al。,2000)。有机化学是围绕主题,但与一些生物的角度(矿工,1948;启动,2006)。本课程往往是学生健康所需项目,特别是护理程序(在南卡罗莱纳大学的,化学102中需要护理课程,如图所示bob官方体育登陆在这里),它也可以作为一种科学实验室为学生在其他领域的研究(价格,1976;Mamantov怀亚特,1978)。强调本课程通常是放置在选定原则相关的人类生物功能的理解和相关医学方面。然而,本课程是经常被学生视为困难和专业无关的障碍在追求职业医学或护理。此外,即使知道详细的有机分子化学性质不是主要目标为本课程,要求学生理解一些基本的有机反应,特别是与人体的生化过程密切相关。一些典型的例子有酒精的氧化,二硫键的形成,羧酸胺离解,酯化、酰胺的形成。然而,学习有机反应为非科学专业的学生经常被不愉快(罗,1983;伯吉斯和Bino, 1988)。
虽然我们102年化学教科书常常可以非常有用的学习和学习必要的反应,有时学生能感受到被大量的反应机制中引入的教科书。我们试图缓解这种焦虑通过展示给学生多少这些反应都是相互关联的,如果反应是后天习得的,逆反应或任何类似的反应很容易记住。化学教科书通常不清楚地表明这些关系,这些关系也一直重申了在教室里。学生也可以通过各种例子问题困惑或沮丧了教科书如果分子在化学上是复杂的。是很有帮助的,这些例子向学生们展示反应可以简化(以及更容易学会了),只看反应的基本“骨架”——官能团。本文描述了如何帮助学生理解和利用一些重要的有机反应不被反应机制。
1。氧化和还原反应
1.1氧化的伯醇醛,进一步氧化为羧酸。
酒精氧化是一个重要的有机反应,因为超过90%的酒精进入体内被氧化代谢乙酸(彼得斯和Preedy, 1998)。氧和氢转移、氧化是一个获得氧气的过程或失去氢原子而减少的过程失去氧气或获得氢原子。我们发现这容易记住使用缩略词”石油钻井平台:“氧化是一个氢原子的损失,减少是一个增益(氢原子)。尽管这些古老的定义非常不习惯在当前文本,我们经常会遇到在有机化学。如方案1所示的主要醇,删除两个氢原子(一个羟基和一个hydroxyl-bearing碳原子)结果醛。在水的存在,醛将转变成水合醛,两个氢原子被(一个从hydroxyl-bearing羟基和另一个碳原子)导致羧酸。的净效应羧酸二醛的氧化是一个氧原子的插入。在人体内,这个过程发生在肝脏和主要是催化乙醇脱氢酶(ADH)和乙醛脱氢酶(ALDH),分别(肖et al。,1996)。
1.2氧化硫醇和二硫化物的减少。
硫醇硫模拟的醇(硫取代氧羟基的酒精)。硫醇显著区别醇氧化的化学。上述氧化/还原定义和操作后,轻微的氧化(例如使用O2二硫化)将两个硫醇通过一个氢原子从每个硫醇分子(方案2(左)。这两个被氢原子可以加入氧化剂形成一个水分子。通过减少发生逆反应,两个氢原子被添加在每个硫原子分裂后sulfur-sulfur债券(方案2,对吧)。这两个在蛋白质的化学反应很重要,硫醇基团存在的氨基酸半胱氨酸。当两个半胱氨酸残基的巯基共同带来了在蛋白质折叠过程中,彼此附近一个氧化反应可以生成一个二硫键(称为胱氨酸二硫键)。这双硫键可以有助于蛋白质的三级结构,如果半胱氨酸是相同的肽链的一部分。它也可以导致multimeric蛋白质的四级结构不同的肽链之间形成较强共价键。
2。酯化和酯水解
一个非常重要的反应发生在羧酸与醇在加热酸催化剂的存在。删除在这个反应中,羟基羧酸和氢从酒精:删除羟基和氢然后加入,形成一个水分子。氧气分子的羰基碳键酒精形成新键:的酯键(方案3)。酯无处不在。大多数天然油脂甘油脂肪酸酯。Phosphoesters磷酸(酯)形成DNA分子的支柱。此外,许多酯非常香,代表自然的一些愉快的香味。有必要记住,水来自羧酸-哦- h和酒精。因此,可以说,“这就像从羧酸-哦,或者的酒精交换位置。“学生们经常发现这种说法有助于简化酯化的反应机理。
以类似的方式,-哦组在磷酸磷酸与醇还可以凝聚形成酯。酒精的氧气分子与磷酯键生成磷酸盐(方案3)。由于磷酸三-哦组,它可以形成一个mono - di -或三酯与一个,两个或三个酒精分子(无论醇的结构相同或不同)。不同类型的磷酯扮演了一个重要的角色在细胞代谢(如三磷酸腺苷(ATP)和核酸结构(如。RNA和DNA)。
有趣的是,在酸催化时,酯化反应建立平衡的逆反应(酯水解)也发生。在水解过程中,酯键(由carbonyl-oxygen单键)坏了。水的元素为这个反应-哦是附加到羰基碳形成羧酸- h是附加到酒精氧气形成一个酒精(计划4)。在学习小组和辅导会议,学生常常说:“在酯水解过程中,从水-哦,或者的酯交换位置。”
相比之下,有一个不可逆转的酯水解、皂化,这是一个过程,涉及基础(如氢氧化钠)(计划4)。在某种程度上类似于前面讨论酯水解反应,酯键的裂解和氢氧根离子(- - - - - -哦)附加到羰基碳。这种操作暂时导致羧酸和强碱(醇盐离子带负电的氧原子与积极的钠离子)相关联。形成羧酸迅速deprotonated(质子)由强碱(醇盐离子)给皂化的最终产品,是羧酸盐盐和酒精。值得注意的是,皂化过程产生soap -脂肪酸盐,当甘油三酯(植物油和动物脂肪)作为起始物料(Phanstielet al。,1998)。
3所示。酰胺的形成
酰胺的联系是关键的化学连接肽和蛋白质在生命系统。大多数酰胺债券是由复杂的生物称为核糖体的“工厂”的细胞。酰胺的基础也最广泛使用的合成聚合物,如尼龙和相关聚酰胺产品,每年生产超过三十亿磅的。这些产品用于各种耗材,包括家具,衣服,和汽车行业。
之间的缩合反应形成酰胺羧酸与胺(一级或二级胺、氨)。水作为副产品形成羧酸-哦和胺- h(计划5)。它可以很容易理解酯反应形成酰胺形成如果你还记得(方案3)。然而,与酯形成酰胺反应平衡是非常不利的产品,因为竞争的合成羧酸与胺发生酸碱反应。因此许多方法用于驱动反应向右。例如,酰氯或酸酐作为更被动的羧酸衍生物酰胺做准备。同样,羰基碳之间形成的酰胺键和胺氮而cl连接- h形成盐酸(当使用酸性氯化物)或RCOO -连接- h形成羧酸(当使用酸酐)(计划5)。除了学习这些概念在课堂上,学生参与实验的合成尼龙等adipoyl氯和hexamethylemediamine作为良好的策略来加强酰胺的概念形成和巩固学生对这个反应的理解。
4所示。学生的学习结果
的一项调查显示,19岁的学生正在参加这门课程被要求评价他们对特定反应的理解上面讨论(1 - 5打分,1是非常低的理解和5是很高的理解)之前和之后在研究会话学习我们的建议方法。大部分学生表示,他们有一个更清晰的理解后,研究会话。结果总结在表1,平均评级如图1所示;他们令人信服地证明的教学和学习方法的有效性。
表1。总结学生评级的理解本手稿中讨论具体反应之前和之后的研究手稿方法(1 - 5打分,1是非常低的理解和5是很高的理解)。
之前学习的方法 |
在研究的方法 |
||||||||||||||
反应 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Avg。 |
N |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Avg。 |
N |
改变 |
伯醇的氧化 |
4 |
5 |
7 |
3 |
2.5 |
19 |
2 |
2 |
4 |
11 |
4所示。2 |
19 |
↑1.7 |
||
减少氧化硫醇和二硫化物 |
11 |
6 |
1 |
1 |
1。6 |
19 |
2 |
3 |
4 |
5 |
5 |
3.4 |
19 |
↑1.8 |
|
酯和磷酸酯的形成 |
9 |
6 |
4 |
1。7 |
19 |
2 |
1 |
2 |
10 |
4 |
3.7 |
19 |
↑2.0 |
||
酯水解 |
6 |
6 |
4 |
1 |
2.1 |
17 |
2 |
1 |
2 |
3 |
9 |
3.9 |
17 |
↑1.8 |
|
酰胺形成和合成 |
8 |
8 |
1 |
1 |
1 |
1。9 |
19 |
3 |
1 |
4 |
7 |
4 |
3.4 |
19 |
↑1.5 |
图1所示。平均学生评本手稿中讨论他们对特定反应的理解(表1)的数据。
一些学生选择这些方法提供评论。虽然不太可能具有统计代表性样本,它提供的信息之外,包含在定量的分数。
- “这是一个很好的帮助图。”
- “很有帮助!我觉得它有助于听到别人的演讲后。”
- “纸很彻底,简单地说,我们可以理解。插图的不同反应是容易阅读和破裂的反应来显示不同的阵型。这是整理好。这是容易跟随。”
总结
对护理学生而言,学习有机反应可能是一个挑战,尤其是了解所有的细节反应机制通常没有列为基础化学课程学习结果。因此,护理学生学习时必须降低程度的复杂性和着眼于满足他们的特殊需求。而不是被需要记住每个反应完全,应该鼓励学生们画的比较和识别相似反应和官能团之间的参与,使这些反应更容易理解作为一个整体。几个例子如何理解基本的有机反应,尤其是生物化学密切相关,健康科学,和各种日常生活的其他方面,这里描述。不知道完整的故事,我们专注于关键转换本身:但通过连接键反应的生物应用,学生能更好地理解和记住每一个反应(学生学习结果提供)。我们希望本文将加强这门课程的学习效率,提供一种方法对护理学生进一步解释和理解化学的基本原理。
确认
我们要感谢介绍化学学生南加州大学Salkehatchie愿意尝试新的学习方式有机反应。c·布莱恩爱还提供了有用的评论在这个手稿的准备。
关于作者
安娜贝尔
安娜贝尔我是一个初级护理学生南加州大学哥伦比亚大学,和我现在完成我的大多数通过农村类和临床护理计划在南加州大学Salkehatchie校园。我已经成功完成化学以4.0的绩点从111年和102年化学和辅导其他护理学生在南加州大学学习化学Salkehatchie校园。我香农·m·派伊博士被授予2013年的化学奖和2013年Colleton医学中心护理奖,由南加州大学教师奖表决Salkehatchie和给学生最擅长这个话题在给定的学年。在完成我的学士学位,成为授权RN,我打算在这个领域获得经验,然后回到获得研究生学位。我这个项目的动力来源于我的经历在化学学习小组和辅导课,我有时看着学生奋斗与学习有机化学反应教102。对本文工作巩固了我个人对这些反应的理解,以及使我能够更好的帮助我的同学陷入困境。我要感谢李蔡博士对他的学术指导,关于这篇论文的作者之一,和他了解护理学生学习化学的兴趣。
引用
伯吉斯k和Bino J。,(1988),比较普通化学的表演pre-nursing和主流化学的学生,j .化学。建造。,65,784。
•艾森L。、(2006)、教学护理学生有机化学和生物化学“自上而下”:分子和生化与实际相结合,摘要论文在美国化学学会的现年232岁的下风6。
Mamantov c b和怀亚特W·W。(1978),在护理化学相关因素的研究成功,j .化学。建造。,55岁,524。
矿工h . I。、(1948)、大学化学在护理教育中,j .化学。建造。359年,25日。
彼得斯t . j .和Preedy v R。、(1998)、代谢酒精摄入的后果,诺华发现。计算机协会。216年,19到24;讨论24到34。
Phanstiel O。Dueno E。王,问:X。,(1998),合成的香皂在化学实验室,j .化学。建造。,75,612。
价格a。R。、(1976)、教学有机和生物化学护理学生,物化学。建造。4 11 - 12。
罗·m·B。,(1983),化学杀手课程列表,j .化学。建造。,954。
范Lanen r . J。、McGannon t和Lockie n·M。,(2000),预测护理学生的表现在一学期的有机和生物化学课程中,j .化学。建造。,77,767。
小Q。,维纳h和Crabb d . W。(1996),线粒体突变的乙醛脱氢酶酒精诱发冲洗增加营业额(ALDH2)基因的酶四聚体主导的方式,j .中国。投资。,98,2027 - 2032。