王志會

摘要：有機(jī)反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)可以幫助學(xué)生從更貼近反應(yīng)本質(zhì)的角度來理解和歸納有機(jī)化學(xué)的反應(yīng)內(nèi)容，也可以激發(fā)學(xué)生對有機(jī)化學(xué)乃至自然科學(xué)學(xué)習(xí)的熱情。教師在此過程中從有機(jī)化學(xué)知識的傾訴者轉(zhuǎn)變成了相關(guān)知識的交流者。

關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué)；教學(xué)效果；有機(jī)反應(yīng)機(jī)理

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）13-0217-02

有機(jī)化學(xué)是化學(xué)類專業(yè)本科生的一門重要課程，是高分子化學(xué)、生物化學(xué)等課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，因此，有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)質(zhì)量關(guān)系到化學(xué)類大學(xué)生的整個大學(xué)學(xué)習(xí)的順利進(jìn)行。所以，如何把有機(jī)化學(xué)這門課講好，是相關(guān)授課教師需要潛下心來認(rèn)真思考的問題。筆者結(jié)合近五年為大學(xué)二年級應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生講授有機(jī)化學(xué)的反饋信息，發(fā)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)存在以下三個難點：（1）有機(jī)反應(yīng)的類型繁多。比如說，烯烴既可以發(fā)生雙鍵上的加成反應(yīng)，又可以發(fā)生雙鍵α位的取代反應(yīng)，還可以發(fā)生烯烴之間的聚合反應(yīng)，烯烴質(zhì)子化后還可以發(fā)生傅—克反應(yīng)，烯烴和含有烯丙基氫的化合物還可以發(fā)生ene反應(yīng)；倘若是共軛雙烯，親電加成反應(yīng)會有熱力學(xué)選擇和動力學(xué)選擇產(chǎn)物的選擇性判斷問題，還會發(fā)生D—A環(huán)加成反應(yīng)。如果處在多官能團(tuán)的復(fù)雜體系中，烯烴的反應(yīng)將會變得更加難以捉摸。（2）有機(jī)反應(yīng)隨條件變化得非常復(fù)雜。例如，我們一般會用馬氏規(guī)則來解釋不對稱烯烴與鹵化氫加成反應(yīng)的區(qū)域選擇性。然而，如果反應(yīng)涉及溴化氫和過氧化物，反應(yīng)結(jié)果會有所不同；如果不對稱烯烴上兩個雙鍵碳上含有相同數(shù)目的氫或者根本不含氫，很多學(xué)生就不知道怎么判斷了?？梢?，有機(jī)反應(yīng)很容易受反應(yīng)底物結(jié)構(gòu)和具體反應(yīng)條件的影響，因此單純地想憑借某些表面規(guī)律來判斷經(jīng)常會不準(zhǔn)確。（3）有機(jī)化學(xué)的內(nèi)容很難掌握規(guī)律。很多學(xué)生期末考試前復(fù)習(xí)有機(jī)化學(xué)就是希望通過讓教師劃重點來盡可能縮小復(fù)習(xí)范圍，然后通過死記硬背和刷題庫來應(yīng)考。雖然這樣的手段在很多別的科目上都能顯示效果，但是大多數(shù)學(xué)生卻發(fā)現(xiàn)一個負(fù)責(zé)任的有機(jī)化學(xué)教師出的考題千變?nèi)f化，臨考刷題難敵真正花過心思的期末考題。平時沒下夠功夫的學(xué)生見到考題總是似曾相似，約莫有感覺，貿(mào)然下手卻發(fā)現(xiàn)不著邊際。上述三個難點的出現(xiàn)，一方面固然是由于有機(jī)化學(xué)自身浩如煙海的內(nèi)容與本科生相對較少學(xué)時限制的矛盾；另一方面，教材編寫時重應(yīng)用、重現(xiàn)象、重分類、重歸納而輕邏輯推理應(yīng)該也是一個原因。在現(xiàn)有條件下，如何在把大量有機(jī)化學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生的同時，將反應(yīng)現(xiàn)象背后的邏輯關(guān)系清晰地顯現(xiàn)出來，這恐怕是講授有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的教師所面臨的一個重要難題。通過不斷與學(xué)生交流和自我總結(jié)，筆者發(fā)現(xiàn)雖然相當(dāng)一部分學(xué)生進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)階段后有些厭學(xué)情緒，但是大多數(shù)學(xué)生其實很喜歡有機(jī)化學(xué)，有的學(xué)生起初就是為了學(xué)習(xí)香料、日化品或者藥物化學(xué)相關(guān)知識才來報考應(yīng)用化學(xué)系的，相當(dāng)一部分學(xué)生希望將來能夠從事和有機(jī)化學(xué)相關(guān)的日用化工或藥物合成方面的工作?？梢妼W(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是有的，但是他們的困擾主要在于學(xué)不得法，總是感覺花了很多時間卻沒有摸到有機(jī)化學(xué)的門道。因此，筆者在教學(xué)過程中結(jié)合自己學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的經(jīng)驗，有意在課堂教學(xué)中引入有機(jī)反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)的內(nèi)容，向?qū)W生展示有機(jī)化學(xué)變化背后的邏輯推理關(guān)系。

反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)是用箭頭（雙箭頭或單箭頭）表示反應(yīng)過程中電子的運動方向，最初由英國有機(jī)化學(xué)家Robert Robinson提出并應(yīng)用，后來為整個科學(xué)界所接受。雖然Robert Robinson因為生物堿方面的研究于1947年獲得諾貝爾化學(xué)獎，但是他一直認(rèn)為自己對有機(jī)化學(xué)最大的貢獻(xiàn)在于用箭頭來表示有機(jī)反應(yīng)的機(jī)理。

當(dāng)引入反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)之后，筆者發(fā)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)課堂的內(nèi)容格局發(fā)生了結(jié)構(gòu)性的改變。之前只是一味地按照烷烴、烯烴、芳烴等的順序來介紹這些有機(jī)化合物的反應(yīng)性質(zhì)，相互之間還會有很多重復(fù)的地方。引入有機(jī)反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)后所有的反應(yīng)類型被簡化成了兩類：單電子參與的反應(yīng)（機(jī)理用單箭頭標(biāo)示）和電子對參與的反應(yīng)（機(jī)理用雙箭頭標(biāo)示）。同時，各種反應(yīng)現(xiàn)象也更加容易解釋。我們?nèi)砸韵N和鹵化氫的加成反應(yīng)為例。從反應(yīng)機(jī)理的角度來看，如果是碳正離子的反應(yīng)機(jī)理，碳碳雙鍵先進(jìn)行質(zhì)子化，生成較穩(wěn)定的碳正離子，這時如果能通過相鄰基團(tuán)的遷移得到更加穩(wěn)定的碳正離子則會發(fā)生涉及碳正離子的重排反應(yīng)，隨著碳正離子和鹵離子的結(jié)合最后得到烯烴與鹵化氫加成的產(chǎn)物。產(chǎn)物的選擇性取決于中間生成的碳正離子的穩(wěn)定性，而不是簡單地由雙鍵上有幾個氫原子來決定。如果是溴化氫和過氧化物的反應(yīng)條件，則先是發(fā)生溴原子和雙鍵的加成，產(chǎn)物由中間涉及的自由基的穩(wěn)定性來決定。這樣，通過考慮參與反應(yīng)的是電子對還是單電子，學(xué)生就很容易判斷反應(yīng)的區(qū)域選擇性；不管烯烴的結(jié)構(gòu)如何變化，只要比較碳正離子的穩(wěn)定性和自由基的穩(wěn)定性就可以很清晰地判斷最終反應(yīng)的選擇性。

通過上述例子，我們可以看到在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)課堂上引入有機(jī)機(jī)理推導(dǎo)后課堂發(fā)生了幾點變化：（1）學(xué)習(xí)內(nèi)容化繁為簡。機(jī)理推導(dǎo)的引入使得不同種類的有機(jī)官能團(tuán)的反應(yīng)被簡化為電子對或單電子的運動。學(xué)生發(fā)現(xiàn)其實有機(jī)化學(xué)的內(nèi)容并沒有那么多。烯烴、炔烴、芳烴、醛酮類發(fā)生的各種反應(yīng)都是雙鍵的反應(yīng)，其實，只是雙鍵的結(jié)構(gòu)有了變化才顯得反應(yīng)種類特別多。機(jī)理推導(dǎo)的引入把厚厚的有機(jī)化學(xué)書變成了幾頁紙的厚度，學(xué)生可以更有效地對各類反應(yīng)進(jìn)行總結(jié)和歸類，其學(xué)習(xí)難度大大降低了。（2）學(xué)習(xí)層次由表及里。機(jī)理推導(dǎo)的引入使得學(xué)生可以透過反應(yīng)現(xiàn)象去思考各類反應(yīng)發(fā)生的內(nèi)在驅(qū)動因素。學(xué)生慢慢明白所謂烯烴和鹵化氫加成的選擇性其實就是碳正離子或自由基的穩(wěn)定性判斷，而所謂共軛雙烯親電加成反應(yīng)中的動力學(xué)選擇和熱力學(xué)選擇其實植根于碳正離子穩(wěn)定性和碳碳雙鍵的穩(wěn)定性。學(xué)習(xí)層次的深入有助于改變學(xué)生過往以記憶為主的學(xué)習(xí)方式，轉(zhuǎn)而進(jìn)行基于個體認(rèn)知的感受型學(xué)習(xí)；不是去死背反應(yīng)類型和反應(yīng)條件，而是去思考為什么發(fā)生這樣的反應(yīng)以及應(yīng)該采取什么樣的反應(yīng)條件。（3）學(xué)習(xí)思維棄僵投活。當(dāng)學(xué)生可以深入簡出地歸納總結(jié)有機(jī)反應(yīng)類型，可以深入思考反應(yīng)發(fā)生的內(nèi)在邏輯驅(qū)動時，他們會逐漸體會到有機(jī)化學(xué)的獨特魅力，逐漸明白有機(jī)化學(xué)靈活多變的表象源于電子運動的基本事實。這個階段的學(xué)生可以很快掌握有機(jī)化學(xué)的基本內(nèi)容，也可以飛快地解決課后習(xí)題。他們不會滿足于基礎(chǔ)課本上的那些內(nèi)容，進(jìn)而開始閱讀筆者給他們推薦的有機(jī)人名反應(yīng)以及國外英文版的有機(jī)化學(xué)教材，并能時常找到任課教師進(jìn)行討論。這些都源于在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的開始就接觸反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)的內(nèi)容。這個階段的學(xué)生不再擔(dān)心考試的問題，他們更加想多學(xué)習(xí)知識。事實上，這些學(xué)生的考試成績都會非常好，復(fù)習(xí)也很輕松，而且在結(jié)束本門課的學(xué)習(xí)后，他們?nèi)匀徊粫p易忘記所學(xué)內(nèi)容。

在有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中引入反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)后，教師需要花費更多的精力給學(xué)生講解反應(yīng)發(fā)生的原因，而不是簡單地介紹各種各樣的反應(yīng)類型，而學(xué)生在了解了反應(yīng)機(jī)理后基本上可以舉一反三地推理相同機(jī)理的反應(yīng)類型和條件。同時，教學(xué)模式由單純的“教師教、學(xué)生學(xué)”轉(zhuǎn)變成了教師和學(xué)生一起在課堂上推導(dǎo)反應(yīng)機(jī)理，一起分析反應(yīng)發(fā)生背后的推動因素；教師和學(xué)生共同成為課堂的主體，一起學(xué)習(xí)，一起成長，模糊了師生的界限而強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)的主題。

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