关于消去反应两例教材习题的教学研讨

陆燕海

摘 要：为领会教材细节内容调整背后的深层次意图，矫正当前中学课堂教学中存在的规律总结片面化等不良导向，以高中化学教材中两例有关消去反应的配套习题的修订变化为例，深刻分析了消除反应和消去反应的概念内涵，提出并探讨了大学教材消除反应与中学消去反应概念间边界模糊，不含β-氢有机化合物也可能发生消除反应，含β-氢有机化合物发生消除反应仍需关注Zaitsev规则和重排等问题。基于研究结论，从教材习题的修订、消除与消去反应概念的界定、教师专业修炼与教学处理等方面归纳阐述了教学认识，提出了中肯的教学建议。

关键词：消去反应；消除反应；卡宾；重排反应；化学教学

一、问题背景

消去反应（elimination reaction）作为重要的有机反应类型，在有机合成中具有极其重要的地位。卤代烃和醇类的消去反应也是高中有机化学教学与高考考查内容中的重要组成部分，2017年最新版《普通高中化学课程标准》[1]在“选择性必修课程”部分也提出了具体的教学内容要求——认识消去反应的特点和规律，了解有机反应类型和有机化合物组成结构特点的关系。有关消去反应，现行苏教版《有机化学基础》（选修）教材[2]第65页、77页还编排有配套巩固习题，具体内容摘抄如下：

[题1]分别写出下列卤代烃消去卤化氢所得各种产物的结构简式。

[题2] （部分）有下列四种物质：

能发生消去反应生成具有相同碳原子数的烯烃的是 ，写出消去产物的结构简式 。

对照不同版次的苏教版教材后发现，2014年6月第4版后的《有机化学基础》教材[3]已对题1进行部分修订，删去了卤代烃结构③，但题2仍未作任何相应调整。如何正确认识和理解教材的这种变与不变，将有助于我们领会教材细节内容调整背后的深层次意图，并选择合适、合理的处置方式实施课堂教学。本文通过大量专业文献的调查分析研究，拟在结合实例探讨消除反应和消去反应内涵的基础上，对上述问题作简要的教学研讨，以期同行交流指正。

二、探讨过程

（一）消除反应的定义及分类

我们查阅了近百部市面上常见的有机化学相关的大学教材，收集了其中有关“消去反应”或“消除反应”概念的使用条目及具体的定义表述，择其部分并集录于表1。不难发现，当前一些主流的大学教材一般都采用的是“消除反应”的提法，使用“消去反应”这一概念的专著比较少见，这与当前中学清一色一致选用后者的教学现状是背离的。

具体到消除反应的分类，可以选择不同的标准。如从有机物消去基团形成小分子差异的角度，消除反应可以分成脱卤化氢、脱水、脱卤素分子、脱氢、脱羧、脱氮等多种。也可以根据两个消去基团的相对位置的不同将消除反应分类[4]，若两个消去的基团连在同一个碳原子上时，称为1，1-消除或α-消除；若两个消去基团连在两个相邻的碳原子上，则称为1，2-消除或β-消除；若两个消去基团连在1，3位碳原子上，则称为1，3-消除或γ-消除；其余据此类推……

（二）不含β-氢有机化合物发生消除反应

根据有机反应物分子中所含碳原子数的多少划分，不含β-氢的有机物可分成单碳、二碳和多碳三类。在这些相应类别的有机化合物中，都不乏存在能于特定条件下发生消除反应的典型实例。

（1）不含β-氢的单碳类有机物发生消除反应：主要采用α-消除的反应方式。如特定条件下甲醇能脱氢成甲醛或脱水成卡宾（又称碳烯，英文名carbens，是一类包含只有六个价电子的两价碳原子化合物的总称。最简单的卡宾是亚甲基：CH2，卡宾实际上可认为是亚甲基及其衍生的总称）；氯仿等脱去卤化氢生成二氯卡宾等。

（2）不含β-氢的二碳类有机物发生消除反应：如三氯乙酸采用α-消除方式制得二氯卡宾[5]，α-羟基乙酸在270～320℃、2.5～15.6kPa的气相条件下热消除生成甲醛[6]等。

（3）不含β-氢的多碳类有机物发生消除反应：可以采用1，3-消除、1，4-消除等多种反应方式，如2，2-二甲基丙醇按1，3-消除成三元环状的1，1-二甲基环丙烷[7]，4-羟基丁酸按1，4-消除生成稳定的五元环状的丁内酯等。

此外，有些不含β-氢的多碳有机物还会因其分子结构的特殊性，在反应过程中会发生重排。如上述2，2-二甲基丙醇在酸性环境中，其醇羟基很容易接受一个质子后离去一分子水，而形成的碳正离子因邻位碳上无氢进而发生结构重排，转化为新的碳正离子后再失去质子，最终成烯。

（三）含β-氢的有机化合物发生消除反应

含β-氢的有机化合物通常是发生1，2-消除反应（即β-消除反应）。这是最为常见的一种消除反应，醇失水、卤代烃失卤化氢、邻二卤代烃失卤素等大多数的消除反应都属于此类。需要注意的是，在分析含β-氢有机化合物的1，2-消除产物时，有必要对β-氢的选择性及重排反应等问题加以考虑。

（1）Zaitsev规则：当卤代烃或醇等分子中含有两种不同的β-氢，β-消除时遵循Zaitsev规则，优先消去含氢个数少的β-碳上的氢原子，生成取代基较多的那种稳定态烯烃。如3-甲基-2-丁醇的消除产物以2-甲基-2-丁烯为主。

（2）重排反应：由于有机反应过程中碳正离子的稳定性顺序为3°>2°>1°，一个不稳定的中间碳正离子会自发地转变为一个相对更稳定的碳正离子。因此，醇或卤代烃等在发生消除反应过程中，常常會伴随有重排产物的生成，且含量较多。

（四）消去反应与消除反应的辨析与认识

消去反应是高中化学教学中的一个重要知识点，苏教版《有机化学基础》（选修）教材给出的完整定义是，在一定条件下从一个有机化合物分子中脱去一个或几个小分子生成不饱和化合物（含双键或叁键）的反应。中学教学界很多同行通常认为，消去反应就是消除反应，或者说消去反应就是中学阶段对大学消除反应的习惯性表达，是等同的[8]。我们有必要对两者的定义进行对照辨析。

由表1可知，大家对消除反应已达成的共识是，反应对象为一个有机分子，反应时会脱去两个原子或基团形成小分子；主要的不同或分歧点则在于，有机产物中是否需要生成不饱和化学键。若要求产物含不饱和键，则消除反应与消去反应的内涵可认为是一致的，两者地位等同，如表1中文献4、5和6；反之，消除反应后的产物不但可以是通常生成的含不饱和键化合物，也可以是一些诸如卡宾、环酯等未新生成不饱和键的化合物，如此，与消去反应相比，其范围会显得更为宽泛，两者体现为包含与被包含的上下位从属关系，表1文献1、2和3当属此类。

笔者认为，中学、大学作为促进学生化学理解与发展的两个不同阶段，若对具有相同涵义的学科概念使用不统一的表述形式，这种各行其是“两张皮”的做法，不但不利于各阶段教学的有效开展与衔接，也违背学生认知发展与进阶的心理规律，完全没有必要甚至有害！所以，笔者更倾向于并建议将消除反应与消去反应处理成是一种上下位的包含关系，把消去反应理解并定位成是那部分能生成含不饱和键有机产物的消除反应。这样的处理厘清并明确了两者的层级递进关系，更符合学生化学学习螺旋式上升的规律，也有利于促进学生的化学认知走向深刻。

（五）有关消去反应的两例教材习题的探讨

中学常见的消去反应主要是指卤代烃脱HX或醇类脱水而形成烯烃或炔烃的反应。苏教版《有机化学基础》教材63页“拓展视野”栏目还编排了对β-氢与卤代烃的消去反应的专门介绍。由此，很多的中学化学同行们为帮助学生学习，便根据这些教材的素材总结了卤代烃或醇发生消去反应的常用规律——必须是卤原子或醇羟基所在碳原子的相邻碳上有氢（即β-氢）时，该有机物才能发生消去反应。这样的认识在当前的中学化学教学界司空见惯、屡见不鲜。结合上述对含有或不含β-氢有机化合物发生消除反应的分析，以及对大学消除反应与中学消去反应概念的界定，我们应该能意识到这种规律总结是片面化的，纯属归纳者一叶障目不见泰山。

我们认为，要有效矫正消去反应教学中存在的这些不良导向，教师们有必要准确地认识并把握好以下几点：（1）醇或卤代烃等有机分子通过消去反应脱去的小分子种类的可能性众多，不能狭隘地局限于只能是脱HX、脱水，也可以是氢气或卤素等，如乙醇催化脱氢成乙醛，1，2-二溴乙烷在特定条件下消去Br2分子得乙烯等。（2）因有机反应物脱去小分子类型的多元化，不含β-氢的有机物也还是有可能发生消去反应的，如加热催化甲醇分子脱去两个氢原子（一分子氢气）的同时会形成含碳氧双键的甲醛，符合教材对消去反应的定义范畴。（3）诸如2，2-二甲基丙醇等这类无β-氢的多碳类有机物因自身结构的特殊性，一定条件下会通过基团重排发生消去反应而生成烯。（4）对于符合通常消去反应条件的有机物，在分析其消去产物结构时还要考虑不同β-氢的选择性，以及是否会伴随结构重排等问题。

有了以上的认识基础，再来探讨和分析苏教版《有机化学基础》（选修）教材中有关消去反应的两例习题，究竟该如何看待不同版本教材中题1“变”与题2“不变”的问题，我们就显得更有底气了。

原题1卤代烃③的结构存在β-氢，消去反应的产物中除了外，更主要的是还有重排发生，由此生成的另外两种产物是，其中才是该消去反应的主要产物。基于高中化学课程标准的要求，这已经超出了中学教学的范围，属于超纲内容，无疑会拔高学生的学习要求。教材在进行二次修订时将其删除，在保证习题内容适切性与严谨性的同时，既防止了教师在教学处理时的迷茫无措，也避免了无谓加重学生的学业负担，处理方式合情合理！

审视原题2中四种一元饱和醇的结构简式，教学时需要特别留意并把握好对a与b的分析处理。CH3OH虽能以脱去氢气的方式发生消去反应，但生成物为甲醛，不符合题干生成具有相同碳原子数的烯烃的要求。在中学教学中需要适度开展对CH3OH消去反应的讨论，既有助于学生更全面、深刻地认识消去反应的内涵，也能纠正由β-氢导致的以偏概全认知上的偏差。至于有机物 b，虽无β-氢，但仍可通过重排发生消去反应得到同碳原子数的烯烃，无疑这是科学而正确的解答，但却并不符合中学化学课程标准的内容教学要求。因此，笔者认为教材修订时也应将有机物 b选项以删除为宜。

三、结论与建议

（一）关于教材习题修订的认识与建议

原题1中卤代烃结构③的删去是基于考量和回避消去过程中发生的重排反应，以匹配《课程标准》中对消去反应的教学要求。可见，对习题细节内容的优化调整不仅体现了编者在处理实际问题时实事求是的态度，也使教材习题内容更科学严谨、更具适切性。所以，与此类似的题2的b选项在消去反应过程中同样会存在重排问题，建议后续修订时也删除为宜。

（二）关于消除与消去反应概念的界定

针对当前中学、大学教材中对消除反应与消去反应概念边界模糊的现状，有必要对两者的定义进行进一步的明晰，统一学科认识，规范专业用词，以消除学生认知与教师教学中不必要的障碍。中学、大学作为学生理解化学的两个不同的发展阶段，建议将消除反应与消去反应处理成一种上下位的包含关系，即规定消除反应为一个有机分子中消去两个原子或基团的反应，消去反应为一定条件下从一个有机化合物分子中脱去一个或几个小分子生成不饱和化合物（含双键或叁键）的反应。这样不但有助于厘清两者的层级递进关系，也更符合学生学习化学螺旋上升的认知规律。

（三）关于教师的专业修炼与教学处理

我们在进行消去反应知识点的教学处理时，既要防止消去规律归纳的片面化，又要避免教学内容上的盲目扩大和难度上的盲目拔高。这就要求教师要结合教学实际加强课程标准研修，除了知悉知识内容的学科地位与教学目标外，也要对Zaitsev规则、重排反应、消除反应等大学专业内容了然于心。可见，为了能在课堂上不断给学生输送清水，教师自身就必须要获得一眼汩汩活泉，获取这眼活泉的途径就是教师持续的专业学习与内功修炼。只有这样才能准确地把握和科学地使用好教材中的教学资源，不断提升我们新课程的执教能力和教学智慧。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：48.

[2] 王祖浩.普通高中化学课程标准实验教科书 有机化学基础[M].南京：江苏教育出版社，2009：65，77.

[3] 王祖浩.普通高中化学课程标准实验教科书 有机化学基础[M].南京：江苏教育出版社，2014：65，77.

[4] 邢其毅，裴偉伟，徐瑞秋，等.基础有机化学[M].第3版.北京：高等教育出版社，2005：269.

[5] 黄惠玲.卡宾的结构及其反应[J].新疆教育学院学报（汉文版），1999（3）：32-37.

[6] 宋维平，何绍仁，傅孝愿.醇酸热消除反应的理论研究[J].北京师范大学学报（自然科学版），1997（2）：235-238.

[7] 化学教学编辑部.对中学教材“消去反应”的管见[J].化学教学，1991（3）：47.

[8] 刘仲宁.消去反应[J].中学化学教学参考，1980（3）：2-6.