Οι αλκοόλες θεωρούνται από τις πλέον σημαντικές οργανικές ενώσεις λόγω της εκτενούς εφαρμογής τους στη βιομηχανία, τη φαρμακευτική και γενικότερα την καθημερινότητα. Η λειτουργική ομάδα των αλκοολών είναι το υδροξύλιο (-ΟΗ) που είναι υπεύθυνη για τις φυσικές και χημικές ιδιότητες τους. Οι δεσμοί υδρογόνου που σχηματίζουν τα μόρια της αλκοόλης μεταξύ τους αλλά και με άλλα μόρια όπως του νερού καθορίζουν σε σημαντικό βαθμό φυσικές ιδιότητες των αλκοολών όπως το σημείο ζέσεως και η ανάμειξη τους με το νερό. Οι απλές αλκοόλες έχουν παρόμοια οξύτητα με αυτή του νερού ενώ επαγωγικά φαινόμενα καθιστούν τις αλκοόλες περισσότερες όξινες. Οι αλκοόλες δίνουν χαρακτηριστικές απορροφήσεις σε IR και NMR φάσματα ενώ στη φασματοσκοπία μαζών (MS) δίνουν χαρακτηριστικές κορυφές λόγω δύο τύπων θραυσματοποίησης.
Οι αλκοόλες μπορούν να παρασκευασθούν με διάφορους τρόπους από πολλές κατηγορίες οργανικών ενώσεων. Η ενυδάτωση αλκενίων αποτελεί έναν σημαντικό τρόπο παρασκευής αλκοολών, με τη μέθοδο της υδροβορίωσης να δίνει την δυνατότητα σύνθεσης αντι-Markovnikov αλκοολών. Η αναγωγή καρβονυλικών ενώσεων συμπεριλαμβανομένου των καρβοξυλικών οξέων και εστέρων και η προσθήκη αντιδραστηρίου Grignard αποτελούν εξίσου σημαντικές μέθοδοι σύνθεσης αλκοολών. Αλκοόλες μπορούμε να παρασκευάσουμε επίσης με αντιδράσεις υποκατάστασης. Μερικές αλκοόλες μπορούν να παρασκευασθούν με ειδικές μεθόδους, όπως η μεθανόλη (ξυλόπνευμα) με καταστρεπτική απόσταξη ξύλου ή με καταλυτική αναγωγή του CO με αέριο H2 και η αιθανόλη με την ευρέως διαδεδομένη αλκοολική ζύμωση που χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή οινοπνευματωδών ποτών.
Οι αλκοόλες δίνουν μία πληθώρα αντιδράσεων στις οποίες η ταξινόμηση τους ως πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς καθορίζει τις περισσότερες φορές και το αποτέλεσμα. Οι αλκοόλες μπορούν να μετατραπούν σε αλκυλαλογονίδα, να αφυδατωθούν προς αλκένια ή αιθέρες ανάλογα με τις συνθήκες που θα επιλεγούν και να δώσουν αντιδράσεις εστεροποίησης με καρβοξυλικά και ανόργανα οξέα. Η οξείδωση των αλκοολών αποτελεί μάλλον την σημαντικότερη χημική ιδιότητα των αλκοολών με τις πρωτοταγείς αλκοόλες να οξειδώνονται προς αλδεΰδες, τις δευτεροταγείς προς κετόνες ενώ τις τριτοταγείς να μην οξειδώνονται. Για την οξείδωση των αλκοολών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα μεγάλος αριθμός οξειδωτικών μέσων, ενώ ενδιαφέρον παρουσιάζει η μεταβολική τύχη της αιθανόλης και γενικότερα των αλκοολών στον ανθρώπινο οργανισμό. Τέλος, η αντίδραση των αλκοολών με δραστικά μέταλλα αποτελεί ένα καλό κριτήριο διάκρισης των αλκοολών όπως άλλωστε και η οξείδωση, ενώ η αντίδραση καύσης με τα σημαντικά ποσά θερμότητας που εκλύει καθιστά τις αλκοόλες ένα σημαντικό εναλλακτικό βιοκαύσιμο.
Στο δεύτερο μέρος της διπλωματικής εργασίας παρουσιάζεται μία διδακτική προσέγγιση για τη διδασκαλία των αλκοολών στη Β’ τάξη του Γενικού Λυκείου. Το διδακτικό σενάριο σχεδιάστηκε για μία μαθητοκεντρική, ομαδοσυνεργατική διδασκαλία που στηρίζεται στο μοντέλο του “Διδακτικού Σχεδιασμού” του Gagne και ακολουθεί τις οδηγίες διδασκαλίας του Υπουργείου Παιδείας. Η διδακτική προσέγγιση εκτός της περιγραφής της δομής της διδασκαλίας για κάθε διδακτική ώρα, περιλαμβάνει πέντε φύλλα εργασίας τα οποία περιέχουν όλες τις δραστηριότητες των μαθητών, λεπτομέρειες διαδικασιών και οδηγίες εκτέλεσης εργαστηριακών ασκήσεων – πειραμάτων. Επίσης το διδακτικό σενάριο περιλαμβάνει μία σειρά πειραμάτων επίδειξης που εκτελεί ο εκπαιδευτικός είτε για να προσελκύσει το ενδιαφέρον των μαθητών είτε για να παρουσιάσει το νέο υλικό καθώς και μία σειρά διαφανειών που προβάλει ο εκπαιδευτικός προκειμένου να οπτικοποιήσει και να αναπαραστήσει τη νέα γνώση διευκολύνοντας τη μαθησιακή διαδικασία. Τέλος, η διδακτική προσέγγιση περιλαμβάνει προτάσεις ατομικών και ομαδικών εργασιών για το σπίτι καθώς και κριτήρια αξιολόγησης της αποτελεσματικότητας της διδασκαλίας και ερωτηματολόγια αξιολόγησης της διδακτικής προσέγγισης από τους εκπαιδευτικούς και τους μαθητές.
Alcohols are considered of the most important organic compounds due to their extensive application in industry, pharmacy and daily life. The functional group of alcohols is the hydroxyl (OH) group which is responsible for the physical and chemical properties of alcohols. Alcohol molecules can associate with each other or with other molecules such as water forming hydrogen bonds which determine physical properties, such as boiling point and mixing with water. Simple alcohols have similar acidity with water but inductive effects increases acidity. Alcohols give characteristic absorptions in IR and NMR spectrums and in mass spectroscopy (MS) give characteristic peaks due to two types of fragmentation.
Alcohols can be prepared in various ways by many kinds of organic compounds. The hydration of alkenes is an important way of preparing alcohols and especially the hydroboration method which enables the synthesis of anti-Markovnikov alcohols. The reduction of carbonyl compounds including carboxylic acids and esters and the Grignard reaction are evenly significant methods of alcohols synthesis. Alcohols can also be prepared by substitution reactions. Some alcohols can be prepared by specific methods. Μethanol (wood alcohol) can be prepared by destructive distillation of wood, or by the catalytic reduction of the CO with hydrogen gas and ethanol by the well known alcoholic fermentation of sugars which is mainly used for the production of alcoholic beverages.
Alcohols give a variety of reactions where the classification as primary, secondary or tertiary usually determines the product. Alcohols can be converted to alkyl halides. Also they can be dehydrated to yield alkenes or ethers depending on the conditions selected and give esterification reactions with carboxylic and inorganic acids. The oxidation of alcohols is probably the most important chemical property of alcohols. Primary alcohols are oxidized to aldehydes, secondary alcohols are oxidized to ketones and tertiary alcohols are not oxidized. A large number of oxidants can be used for the oxidation of alcohols. Special attention needs the metabolic fate of ethanol and other alcohols in the human body. Finally, the reaction of alcohols with active metals is a good criterion for the identification – discrimination of alcohols (as is the oxidation) and the combustion reaction which releases significant amounts of heat, making alcohols important alternative biofuels.
In the second part of this thesis, a teaching approach for alcohols is presented at the second grade of Lyceum. The teaching scenario is designed for a learner-centered, group cooperation teaching based on the Gagne’s model of “Instructional Design”, followed by the Greek’s Ministry of Education teaching instructions. The teaching approach in addition to the description of the teaching structure for every teaching hour consists of five worksheets that contain all student activities, procedure details and executing instructions for experiments. Also, the teaching scenario includes a series of demonstration experiments performed by the teacher in order to gain students’ attention or to present new content and a set of slides that the teacher can use to visualize and simulate the new knowledge facilitating the learning process. Finally, the teaching approach includes proposals of individual and group homework as well as evaluation criteria of teaching efficacy and assessment questionnaires of the teaching approach by teachers and students.
Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
