關于消去反應兩例教材習題的教學研討

陸燕海

摘 要：為領會教材細節內容調整背后的深層次意圖，矯正當前中學課堂教學中存在的規律總結片面化等不良導向，以高中化學教材中兩例有關消去反應的配套習題的修訂變化為例，深刻分析了消除反應和消去反應的概念內涵，提出并探討了大學教材消除反應與中學消去反應概念間邊界模糊，不含β-氫有機化合物也可能發生消除反應，含β-氫有機化合物發生消除反應仍需關注Zaitsev規則和重排等問題。基于研究結論，從教材習題的修訂、消除與消去反應概念的界定、教師專業修煉與教學處理等方面歸納闡述了教學認識，提出了中肯的教學建議。

關鍵詞：消去反應；消除反應；卡賓；重排反應；化學教學

一、問題背景

消去反應（elimination reaction）作為重要的有機反應類型，在有機合成中具有極其重要的地位。鹵代烴和醇類的消去反應也是高中有機化學教學與高考考查內容中的重要組成部分，2017年最新版《普通高中化學課程標準》[1]在“選擇性必修課程”部分也提出了具體的教學內容要求——認識消去反應的特點和規律，了解有機反應類型和有機化合物組成結構特點的關系。有關消去反應，現行蘇教版《有機化學基礎》（選修）教材[2]第65頁、77頁還編排有配套鞏固習題，具體內容摘抄如下：

[題1]分別寫出下列鹵代烴消去鹵化氫所得各種產物的結構簡式。

[題2] （部分）有下列四種物質：

能發生消去反應生成具有相同碳原子數的烯烴的是 ，寫出消去產物的結構簡式 。

對照不同版次的蘇教版教材后發現，2014年6月第4版后的《有機化學基礎》教材[3]已對題1進行部分修訂，刪去了鹵代烴結構③，但題2仍未作任何相應調整。如何正確認識和理解教材的這種變與不變，將有助于我們領會教材細節內容調整背后的深層次意圖，并選擇合適、合理的處置方式實施課堂教學。本文通過大量專業文獻的調查分析研究，擬在結合實例探討消除反應和消去反應內涵的基礎上，對上述問題作簡要的教學研討，以期同行交流指正。

二、探討過程

（一）消除反應的定義及分類

我們查閱了近百部市面上常見的有機化學相關的大學教材，收集了其中有關“消去反應”或“消除反應”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。不難發現，當前一些主流的大學教材一般都采用的是“消除反應”的提法，使用“消去反應”這一概念的專著比較少見，這與當前中學清一色一致選用后者的教學現狀是背離的。

具體到消除反應的分類，可以選擇不同的標準。如從有機物消去基團形成小分子差異的角度，消除反應可以分成脫鹵化氫、脫水、脫鹵素分子、脫氫、脫羧、脫氮等多種。也可以根據兩個消去基團的相對位置的不同將消除反應分類[4]，若兩個消去的基團連在同一個碳原子上時，稱為1，1-消除或α-消除；若兩個消去基團連在兩個相鄰的碳原子上，則稱為1，2-消除或β-消除；若兩個消去基團連在1，3位碳原子上，則稱為1，3-消除或γ-消除；其余據此類推……

（二）不含β-氫有機化合物發生消除反應

根據有機反應物分子中所含碳原子數的多少劃分，不含β-氫的有機物可分成單碳、二碳和多碳三類。在這些相應類別的有機化合物中，都不乏存在能于特定條件下發生消除反應的典型實例。

（1）不含β-氫的單碳類有機物發生消除反應：主要采用α-消除的反應方式。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價電子的兩價碳原子化合物的總稱。最簡單的卡賓是亞甲基：CH2，卡賓實際上可認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-氫的二碳類有機物發生消除反應：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-氫的多碳類有機物發生消除反應：可以采用1，3-消除、1，4-消除等多種反應方式，如2，2-二甲基丙醇按1，3-消除成三元環狀的1，1-二甲基環丙烷[7]，4-羥基丁酸按1，4-消除生成穩定的五元環狀的丁內酯等。

此外，有些不含β-氫的多碳有機物還會因其分子結構的特殊性，在反應過程中會發生重排。如上述2，2-二甲基丙醇在酸性環境中，其醇羥基很容易接受一個質子后離去一分子水，而形成的碳正離子因鄰位碳上無氫進而發生結構重排，轉化為新的碳正離子后再失去質子，最終成烯。

（三）含β-氫的有機化合物發生消除反應

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

（1）Zaitsev規則：當鹵代烴或醇等分子中含有兩種不同的β-氫，β-消除時遵循Zaitsev規則，優先消去含氫個數少的β-碳上的氫原子，生成取代基較多的那種穩定態烯烴。如3-甲基-2-丁醇的消除產物以2-甲基-2-丁烯為主。

（2）重排反應：由于有機反應過程中碳正離子的穩定性順序為3°>2°>1°，一個不穩定的中間碳正離子會自發地轉變為一個相對更穩定的碳正離子。因此，醇或鹵代烴等在發生消除反應過程中，常常會伴隨有重排產物的生成，且含量較多。

（四）消去反應與消除反應的辨析與認識

消去反應是高中化學教學中的一個重要知識點，蘇教版《有機化學基礎》（選修）教材給出的完整定義是，在一定條件下從一個有機化合物分子中脫去一個或幾個小分子生成不飽和化合物（含雙鍵或叁鍵）的反應。中學教學界很多同行通常認為，消去反應就是消除反應，或者說消去反應就是中學階段對大學消除反應的習慣性表達，是等同的[8]。我們有必要對兩者的定義進行對照辨析。

由表1可知，大家對消除反應已達成的共識是，反應對象為一個有機分子，反應時會脫去兩個原子或基團形成小分子；主要的不同或分歧點則在于，有機產物中是否需要生成不飽和化學鍵。若要求產物含不飽和鍵，則消除反應與消去反應的內涵可認為是一致的，兩者地位等同，如表1中文獻4、5和6；反之，消除反應后的產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、環酯等未新生成不飽和鍵的化合物，如此，與消去反應相比，其范圍會顯得更為寬泛，兩者體現為包含與被包含的上下位從屬關系，表1文獻1、2和3當屬此類。

筆者認為，中學、大學作為促進學生化學理解與發展的兩個不同階段，若對具有相同涵義的學科概念使用不統一的表述形式，這種各行其是“兩張皮”的做法，不但不利于各階段教學的有效開展與銜接，也違背學生認知發展與進階的心理規律，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與消去反應處理成是一種上下位的包含關系，把消去反應理解并定位成是那部分能生成含不飽和鍵有機產物的消除反應。這樣的處理厘清并明確了兩者的層級遞進關系，更符合學生化學學習螺旋式上升的規律，也有利于促進學生的化學認知走向深刻。

（五）有關消去反應的兩例教材習題的探討

中學常見的消去反應主要是指鹵代烴脫HX或醇類脫水而形成烯烴或炔烴的反應。蘇教版《有機化學基礎》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的專門介紹。由此，很多的中學化學同行們為幫助學生學習，便根據這些教材的素材總結了鹵代烴或醇發生消去反應的常用規律——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，該有機物才能發生消去反應。這樣的認識在當前的中學化學教學界司空見慣、屢見不鮮。結合上述對含有或不含β-氫有機化合物發生消除反應的分析，以及對大學消除反應與中學消去反應概念的界定，我們應該能意識到這種規律總結是片面化的，純屬歸納者一葉障目不見泰山。

我們認為，要有效矯正消去反應教學中存在的這些不良導向，教師們有必要準確地認識并把握好以下幾點：（1）醇或鹵代烴等有機分子通過消去反應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）因有機反應物脫去小分子類型的多元化，不含β-氫的有機物也還是有可能發生消去反應的，如加熱催化甲醇分子脫去兩個氫原子（一分子氫氣）的同時會形成含碳氧雙鍵的甲醛，符合教材對消去反應的定義范疇。（3）諸如2，2-二甲基丙醇等這類無β-氫的多碳類有機物因自身結構的特殊性，一定條件下會通過基團重排發生消去反應而生成烯。（4）對于符合通常消去反應條件的有機物，在分析其消去產物結構時還要考慮不同β-氫的選擇性，以及是否會伴隨結構重排等問題。

有了以上的認識基礎，再來探討和分析蘇教版《有機化學基礎》（選修）教材中有關消去反應的兩例習題，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的結構存在β-氫，消去反應的產物中除了外，更主要的是還有重排發生，由此生成的另外兩種產物是，其中才是該消去反應的主要產物。基于高中化學課程標準的要求，這已經超出了中學教學的范圍，屬于超綱內容，無疑會拔高學生的學習要求。教材在進行二次修訂時將其刪除，在保證習題內容適切性與嚴謹性的同時，既防止了教師在教學處理時的迷茫無措，也避免了無謂加重學生的學業負擔，處理方式合情合理！

審視原題2中四種一元飽和醇的結構簡式，教學時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生消去反應，但生成物為甲醛，不符合題干生成具有相同碳原子數的烯烴的要求。在中學教學中需要適度開展對CH3OH消去反應的討論，既有助于學生更全面、深刻地認識消去反應的內涵，也能糾正由β-氫導致的以偏概全認知上的偏差。至于有機物 b，雖無β-氫，但仍可通過重排發生消去反應得到同碳原子數的烯烴，無疑這是科學而正確的解答，但卻并不符合中學化學課程標準的內容教學要求。因此，筆者認為教材修訂時也應將有機物 b選項以刪除為宜。

三、結論與建議

（一）關于教材習題修訂的認識與建議

原題1中鹵代烴結構③的刪去是基于考量和回避消去過程中發生的重排反應，以匹配《課程標準》中對消去反應的教學要求。可見，對習題細節內容的優化調整不僅體現了編者在處理實際問題時實事求是的態度，也使教材習題內容更科學嚴謹、更具適切性。所以，與此類似的題2的b選項在消去反應過程中同樣會存在重排問題，建議后續修訂時也刪除為宜。

（二）關于消除與消去反應概念的界定

針對當前中學、大學教材中對消除反應與消去反應概念邊界模糊的現狀，有必要對兩者的定義進行進一步的明晰，統一學科認識，規范專業用詞，以消除學生認知與教師教學中不必要的障礙。中學、大學作為學生理解化學的兩個不同的發展階段，建議將消除反應與消去反應處理成一種上下位的包含關系，即規定消除反應為一個有機分子中消去兩個原子或基團的反應，消去反應為一定條件下從一個有機化合物分子中脫去一個或幾個小分子生成不飽和化合物（含雙鍵或叁鍵）的反應。這樣不但有助于厘清兩者的層級遞進關系，也更符合學生學習化學螺旋上升的認知規律。

（三）關于教師的專業修煉與教學處理

我們在進行消去反應知識點的教學處理時，既要防止消去規律歸納的片面化，又要避免教學內容上的盲目擴大和難度上的盲目拔高。這就要求教師要結合教學實際加強課程標準研修，除了知悉知識內容的學科地位與教學目標外，也要對Zaitsev規則、重排反應、消除反應等大學專業內容了然于心。可見，為了能在課堂上不斷給學生輸送清水，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的專業學習與內功修煉。只有這樣才能準確地把握和科學地使用好教材中的教學資源，不斷提升我們新課程的執教能力和教學智慧。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：48.

[2] 王祖浩.普通高中化學課程標準實驗教科書 有機化學基礎[M].南京：江蘇教育出版社，2009：65，77.

[3] 王祖浩.普通高中化學課程標準實驗教科書 有機化學基礎[M].南京：江蘇教育出版社，2014：65，77.

[4] 邢其毅，裴偉偉，徐瑞秋，等.基礎有機化學[M].第3版.北京：高等教育出版社，2005：269.

[5] 黃惠玲.卡賓的結構及其反應[J].新疆教育學院學報（漢文版），1999（3）：32-37.

[6] 宋維平，何紹仁，傅孝愿.醇酸熱消除反應的理論研究[J].北京師范大學學報（自然科學版），1997（2）：235-238.

[7] 化學教學編輯部.對中學教材“消去反應”的管見[J].化學教學，1991（3）：47.

[8] 劉仲寧.消去反應[J].中學化學教學參考，1980（3）：2-6.