關(guān)于消去反應(yīng)兩例教材習(xí)題的教學(xué)研討

陸燕海

摘 要：為領(lǐng)會教材細(xì)節(jié)內(nèi)容調(diào)整背后的深層次意圖，矯正當(dāng)前中學(xué)課堂教學(xué)中存在的規(guī)律總結(jié)片面化等不良導(dǎo)向，以高中化學(xué)教材中兩例有關(guān)消去反應(yīng)的配套習(xí)題的修訂變化為例，深刻分析了消除反應(yīng)和消去反應(yīng)的概念內(nèi)涵，提出并探討了大學(xué)教材消除反應(yīng)與中學(xué)消去反應(yīng)概念間邊界模糊，不含β-氫有機(jī)化合物也可能發(fā)生消除反應(yīng)，含β-氫有機(jī)化合物發(fā)生消除反應(yīng)仍需關(guān)注Zaitsev規(guī)則和重排等問題。基于研究結(jié)論，從教材習(xí)題的修訂、消除與消去反應(yīng)概念的界定、教師專業(yè)修煉與教學(xué)處理等方面歸納闡述了教學(xué)認(rèn)識，提出了中肯的教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：消去反應(yīng)；消除反應(yīng)；卡賓；重排反應(yīng)；化學(xué)教學(xué)

一、問題背景

消去反應(yīng)（elimination reaction）作為重要的有機(jī)反應(yīng)類型，在有機(jī)合成中具有極其重要的地位。鹵代烴和醇類的消去反應(yīng)也是高中有機(jī)化學(xué)教學(xué)與高考考查內(nèi)容中的重要組成部分，2017年最新版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》[1]在“選擇性必修課程”部分也提出了具體的教學(xué)內(nèi)容要求——認(rèn)識消去反應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律，了解有機(jī)反應(yīng)類型和有機(jī)化合物組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的關(guān)系。有關(guān)消去反應(yīng)，現(xiàn)行蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修）教材[2]第65頁、77頁還編排有配套鞏固習(xí)題，具體內(nèi)容摘抄如下：

[題1]分別寫出下列鹵代烴消去鹵化氫所得各種產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式。

[題2] （部分）有下列四種物質(zhì)：

能發(fā)生消去反應(yīng)生成具有相同碳原子數(shù)的烯烴的是 ，寫出消去產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式 。

對照不同版次的蘇教版教材后發(fā)現(xiàn)，2014年6月第4版后的《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教材[3]已對題1進(jìn)行部分修訂，刪去了鹵代烴結(jié)構(gòu)③，但題2仍未作任何相應(yīng)調(diào)整。如何正確認(rèn)識和理解教材的這種變與不變，將有助于我們領(lǐng)會教材細(xì)節(jié)內(nèi)容調(diào)整背后的深層次意圖，并選擇合適、合理的處置方式實(shí)施課堂教學(xué)。本文通過大量專業(yè)文獻(xiàn)的調(diào)查分析研究，擬在結(jié)合實(shí)例探討消除反應(yīng)和消去反應(yīng)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，對上述問題作簡要的教學(xué)研討，以期同行交流指正。

二、探討過程

（一）消除反應(yīng)的定義及分類

我們查閱了近百部市面上常見的有機(jī)化學(xué)相關(guān)的大學(xué)教材，收集了其中有關(guān)“消去反應(yīng)”或“消除反應(yīng)”概念的使用條目及具體的定義表述，擇其部分并集錄于表1。不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前一些主流的大學(xué)教材一般都采用的是“消除反應(yīng)”的提法，使用“消去反應(yīng)”這一概念的專著比較少見，這與當(dāng)前中學(xué)清一色一致選用后者的教學(xué)現(xiàn)狀是背離的。

具體到消除反應(yīng)的分類，可以選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)。如從有機(jī)物消去基團(tuán)形成小分子差異的角度，消除反應(yīng)可以分成脫鹵化氫、脫水、脫鹵素分子、脫氫、脫羧、脫氮等多種。也可以根據(jù)兩個(gè)消去基團(tuán)的相對位置的不同將消除反應(yīng)分類[4]，若兩個(gè)消去的基團(tuán)連在同一個(gè)碳原子上時(shí)，稱為1，1-消除或α-消除；若兩個(gè)消去基團(tuán)連在兩個(gè)相鄰的碳原子上，則稱為1，2-消除或β-消除；若兩個(gè)消去基團(tuán)連在1，3位碳原子上，則稱為1，3-消除或γ-消除；其余據(jù)此類推……

（二）不含β-氫有機(jī)化合物發(fā)生消除反應(yīng)

根據(jù)有機(jī)反應(yīng)物分子中所含碳原子數(shù)的多少劃分，不含β-氫的有機(jī)物可分成單碳、二碳和多碳三類。在這些相應(yīng)類別的有機(jī)化合物中，都不乏存在能于特定條件下發(fā)生消除反應(yīng)的典型實(shí)例。

（1）不含β-氫的單碳類有機(jī)物發(fā)生消除反應(yīng)：主要采用α-消除的反應(yīng)方式。如特定條件下甲醇能脫氫成甲醛或脫水成卡賓（又稱碳烯，英文名carbens，是一類包含只有六個(gè)價(jià)電子的兩價(jià)碳原子化合物的總稱。最簡單的卡賓是亞甲基：CH2，卡賓實(shí)際上可認(rèn)為是亞甲基及其衍生的總稱）；氯仿等脫去鹵化氫生成二氯卡賓等。

（2）不含β-氫的二碳類有機(jī)物發(fā)生消除反應(yīng)：如三氯乙酸采用α-消除方式制得二氯卡賓[5]，α-羥基乙酸在270～320℃、2.5～15.6kPa的氣相條件下熱消除生成甲醛[6]等。

（3）不含β-氫的多碳類有機(jī)物發(fā)生消除反應(yīng)：可以采用1，3-消除、1，4-消除等多種反應(yīng)方式，如2，2-二甲基丙醇按1，3-消除成三元環(huán)狀的1，1-二甲基環(huán)丙烷[7]，4-羥基丁酸按1，4-消除生成穩(wěn)定的五元環(huán)狀的丁內(nèi)酯等。

此外，有些不含β-氫的多碳有機(jī)物還會因其分子結(jié)構(gòu)的特殊性，在反應(yīng)過程中會發(fā)生重排。如上述2，2-二甲基丙醇在酸性環(huán)境中，其醇羥基很容易接受一個(gè)質(zhì)子后離去一分子水，而形成的碳正離子因鄰位碳上無氫進(jìn)而發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，轉(zhuǎn)化為新的碳正離子后再失去質(zhì)子，最終成烯。

（三）含β-氫的有機(jī)化合物發(fā)生消除反應(yīng)

含β-氫的有機(jī)化合物通常是發(fā)生1，2-消除反應(yīng)（即β-消除反應(yīng)）。這是最為常見的一種消除反應(yīng)，醇失水、鹵代烴失鹵化氫、鄰二鹵代烴失鹵素等大多數(shù)的消除反應(yīng)都屬于此類。需要注意的是，在分析含β-氫有機(jī)化合物的1，2-消除產(chǎn)物時(shí)，有必要對β-氫的選擇性及重排反應(yīng)等問題加以考慮。

（1）Zaitsev規(guī)則：當(dāng)鹵代烴或醇等分子中含有兩種不同的β-氫，β-消除時(shí)遵循Zaitsev規(guī)則，優(yōu)先消去含氫個(gè)數(shù)少的β-碳上的氫原子，生成取代基較多的那種穩(wěn)定態(tài)烯烴。如3-甲基-2-丁醇的消除產(chǎn)物以2-甲基-2-丁烯為主。

（2）重排反應(yīng)：由于有機(jī)反應(yīng)過程中碳正離子的穩(wěn)定性順序?yàn)?°>2°>1°，一個(gè)不穩(wěn)定的中間碳正離子會自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對更穩(wěn)定的碳正離子。因此，醇或鹵代烴等在發(fā)生消除反應(yīng)過程中，常常會伴隨有重排產(chǎn)物的生成，且含量較多。

（四）消去反應(yīng)與消除反應(yīng)的辨析與認(rèn)識

消去反應(yīng)是高中化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要知識點(diǎn)，蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修）教材給出的完整定義是，在一定條件下從一個(gè)有機(jī)化合物分子中脫去一個(gè)或幾個(gè)小分子生成不飽和化合物（含雙鍵或叁鍵）的反應(yīng)。中學(xué)教學(xué)界很多同行通常認(rèn)為，消去反應(yīng)就是消除反應(yīng)，或者說消去反應(yīng)就是中學(xué)階段對大學(xué)消除反應(yīng)的習(xí)慣性表達(dá)，是等同的[8]。我們有必要對兩者的定義進(jìn)行對照辨析。

由表1可知，大家對消除反應(yīng)已達(dá)成的共識是，反應(yīng)對象為一個(gè)有機(jī)分子，反應(yīng)時(shí)會脫去兩個(gè)原子或基團(tuán)形成小分子；主要的不同或分歧點(diǎn)則在于，有機(jī)產(chǎn)物中是否需要生成不飽和化學(xué)鍵。若要求產(chǎn)物含不飽和鍵，則消除反應(yīng)與消去反應(yīng)的內(nèi)涵可認(rèn)為是一致的，兩者地位等同，如表1中文獻(xiàn)4、5和6；反之，消除反應(yīng)后的產(chǎn)物不但可以是通常生成的含不飽和鍵化合物，也可以是一些諸如卡賓、環(huán)酯等未新生成不飽和鍵的化合物，如此，與消去反應(yīng)相比，其范圍會顯得更為寬泛，兩者體現(xiàn)為包含與被包含的上下位從屬關(guān)系，表1文獻(xiàn)1、2和3當(dāng)屬此類。

筆者認(rèn)為，中學(xué)、大學(xué)作為促進(jìn)學(xué)生化學(xué)理解與發(fā)展的兩個(gè)不同階段，若對具有相同涵義的學(xué)科概念使用不統(tǒng)一的表述形式，這種各行其是“兩張皮”的做法，不但不利于各階段教學(xué)的有效開展與銜接，也違背學(xué)生認(rèn)知發(fā)展與進(jìn)階的心理規(guī)律，完全沒有必要甚至有害！所以，筆者更傾向于并建議將消除反應(yīng)與消去反應(yīng)處理成是一種上下位的包含關(guān)系，把消去反應(yīng)理解并定位成是那部分能生成含不飽和鍵有機(jī)產(chǎn)物的消除反應(yīng)。這樣的處理厘清并明確了兩者的層級遞進(jìn)關(guān)系，更符合學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)螺旋式上升的規(guī)律，也有利于促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)認(rèn)知走向深刻。

（五）有關(guān)消去反應(yīng)的兩例教材習(xí)題的探討

中學(xué)常見的消去反應(yīng)主要是指鹵代烴脫HX或醇類脫水而形成烯烴或炔烴的反應(yīng)。蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教材63頁“拓展視野”欄目還編排了對β-氫與鹵代烴的消去反應(yīng)的專門介紹。由此，很多的中學(xué)化學(xué)同行們?yōu)閹椭鷮W(xué)生學(xué)習(xí)，便根據(jù)這些教材的素材總結(jié)了鹵代烴或醇發(fā)生消去反應(yīng)的常用規(guī)律——必須是鹵原子或醇羥基所在碳原子的相鄰碳上有氫（即β-氫）時(shí)，該有機(jī)物才能發(fā)生消去反應(yīng)。這樣的認(rèn)識在當(dāng)前的中學(xué)化學(xué)教學(xué)界司空見慣、屢見不鮮。結(jié)合上述對含有或不含β-氫有機(jī)化合物發(fā)生消除反應(yīng)的分析，以及對大學(xué)消除反應(yīng)與中學(xué)消去反應(yīng)概念的界定，我們應(yīng)該能意識到這種規(guī)律總結(jié)是片面化的，純屬歸納者一葉障目不見泰山。

我們認(rèn)為，要有效矯正消去反應(yīng)教學(xué)中存在的這些不良導(dǎo)向，教師們有必要準(zhǔn)確地認(rèn)識并把握好以下幾點(diǎn)：（1）醇或鹵代烴等有機(jī)分子通過消去反應(yīng)脫去的小分子種類的可能性眾多，不能狹隘地局限于只能是脫HX、脫水，也可以是氫氣或鹵素等，如乙醇催化脫氫成乙醛，1，2-二溴乙烷在特定條件下消去Br2分子得乙烯等。（2）因有機(jī)反應(yīng)物脫去小分子類型的多元化，不含β-氫的有機(jī)物也還是有可能發(fā)生消去反應(yīng)的，如加熱催化甲醇分子脫去兩個(gè)氫原子（一分子氫氣）的同時(shí)會形成含碳氧雙鍵的甲醛，符合教材對消去反應(yīng)的定義范疇。（3）諸如2，2-二甲基丙醇等這類無β-氫的多碳類有機(jī)物因自身結(jié)構(gòu)的特殊性，一定條件下會通過基團(tuán)重排發(fā)生消去反應(yīng)而生成烯。（4）對于符合通常消去反應(yīng)條件的有機(jī)物，在分析其消去產(chǎn)物結(jié)構(gòu)時(shí)還要考慮不同β-氫的選擇性，以及是否會伴隨結(jié)構(gòu)重排等問題。

有了以上的認(rèn)識基礎(chǔ)，再來探討和分析蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修）教材中有關(guān)消去反應(yīng)的兩例習(xí)題，究竟該如何看待不同版本教材中題1“變”與題2“不變”的問題，我們就顯得更有底氣了。

原題1鹵代烴③的結(jié)構(gòu)存在β-氫，消去反應(yīng)的產(chǎn)物中除了外，更主要的是還有重排發(fā)生，由此生成的另外兩種產(chǎn)物是，其中才是該消去反應(yīng)的主要產(chǎn)物?；诟咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，這已經(jīng)超出了中學(xué)教學(xué)的范圍，屬于超綱內(nèi)容，無疑會拔高學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。教材在進(jìn)行二次修訂時(shí)將其刪除，在保證習(xí)題內(nèi)容適切性與嚴(yán)謹(jǐn)性的同時(shí)，既防止了教師在教學(xué)處理時(shí)的迷茫無措，也避免了無謂加重學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，處理方式合情合理！

審視原題2中四種一元飽和醇的結(jié)構(gòu)簡式，教學(xué)時(shí)需要特別留意并把握好對a與b的分析處理。CH3OH雖能以脫去氫氣的方式發(fā)生消去反應(yīng)，但生成物為甲醛，不符合題干生成具有相同碳原子數(shù)的烯烴的要求。在中學(xué)教學(xué)中需要適度開展對CH3OH消去反應(yīng)的討論，既有助于學(xué)生更全面、深刻地認(rèn)識消去反應(yīng)的內(nèi)涵，也能糾正由β-氫導(dǎo)致的以偏概全認(rèn)知上的偏差。至于有機(jī)物 b，雖無β-氫，但仍可通過重排發(fā)生消去反應(yīng)得到同碳原子數(shù)的烯烴，無疑這是科學(xué)而正確的解答，但卻并不符合中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容教學(xué)要求。因此，筆者認(rèn)為教材修訂時(shí)也應(yīng)將有機(jī)物 b選項(xiàng)以刪除為宜。

三、結(jié)論與建議

（一）關(guān)于教材習(xí)題修訂的認(rèn)識與建議

原題1中鹵代烴結(jié)構(gòu)③的刪去是基于考量和回避消去過程中發(fā)生的重排反應(yīng)，以匹配《課程標(biāo)準(zhǔn)》中對消去反應(yīng)的教學(xué)要求。可見，對習(xí)題細(xì)節(jié)內(nèi)容的優(yōu)化調(diào)整不僅體現(xiàn)了編者在處理實(shí)際問題時(shí)實(shí)事求是的態(tài)度，也使教材習(xí)題內(nèi)容更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、更具適切性。所以，與此類似的題2的b選項(xiàng)在消去反應(yīng)過程中同樣會存在重排問題，建議后續(xù)修訂時(shí)也刪除為宜。

（二）關(guān)于消除與消去反應(yīng)概念的界定

針對當(dāng)前中學(xué)、大學(xué)教材中對消除反應(yīng)與消去反應(yīng)概念邊界模糊的現(xiàn)狀，有必要對兩者的定義進(jìn)行進(jìn)一步的明晰，統(tǒng)一學(xué)科認(rèn)識，規(guī)范專業(yè)用詞，以消除學(xué)生認(rèn)知與教師教學(xué)中不必要的障礙。中學(xué)、大學(xué)作為學(xué)生理解化學(xué)的兩個(gè)不同的發(fā)展階段，建議將消除反應(yīng)與消去反應(yīng)處理成一種上下位的包含關(guān)系，即規(guī)定消除反應(yīng)為一個(gè)有機(jī)分子中消去兩個(gè)原子或基團(tuán)的反應(yīng)，消去反應(yīng)為一定條件下從一個(gè)有機(jī)化合物分子中脫去一個(gè)或幾個(gè)小分子生成不飽和化合物（含雙鍵或叁鍵）的反應(yīng)。這樣不但有助于厘清兩者的層級遞進(jìn)關(guān)系，也更符合學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)螺旋上升的認(rèn)知規(guī)律。

（三）關(guān)于教師的專業(yè)修煉與教學(xué)處理

我們在進(jìn)行消去反應(yīng)知識點(diǎn)的教學(xué)處理時(shí)，既要防止消去規(guī)律歸納的片面化，又要避免教學(xué)內(nèi)容上的盲目擴(kuò)大和難度上的盲目拔高。這就要求教師要結(jié)合教學(xué)實(shí)際加強(qiáng)課程標(biāo)準(zhǔn)研修，除了知悉知識內(nèi)容的學(xué)科地位與教學(xué)目標(biāo)外，也要對Zaitsev規(guī)則、重排反應(yīng)、消除反應(yīng)等大學(xué)專業(yè)內(nèi)容了然于心?？梢?，為了能在課堂上不斷給學(xué)生輸送清水，教師自身就必須要獲得一眼汩汩活泉，獲取這眼活泉的途徑就是教師持續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)與內(nèi)功修煉。只有這樣才能準(zhǔn)確地把握和科學(xué)地使用好教材中的教學(xué)資源，不斷提升我們新課程的執(zhí)教能力和教學(xué)智慧。

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