淺談化學史在大學有機化學課程教學中的作用

陳家吉，李增昌

（1.廣西高校桂西區域生態環境分析和污染控制重點實驗室，廣西 百色 533000；2.百色學院化工與環境工程學院，廣西 百色 533000）

歷史的存在是為了讓我們得到更好的發展，化學史在大學有機化學的教學中，也具有非常重要的意義。在各種有機化學教材中，很多有機化學反應名稱以發現者命名是個良好的傳統，這給在有機化學教學中增加化學史內容帶來便利。用好這一便利條件不僅可以促進學生的學習興趣，有利于培養嚴謹細致的工作作風、有利于激發學生擴展知識面和培養學生精益求精的工作態度，也對增強民族自豪感也大有裨益。化學知識存在一定的抽象性，通過讓學生對相關化學歷史進行深入了解，對相應化學知識進行深層次的學習與掌握，可進一步推動學生綜合素質的提升。本文首先概述了化學史在大學有機化學教科書中的重要性，接著針對化學史在有機化學教學中潛在作用做了論述。

大學有機化學的主題是講各種有機化合物的性質及其制備方法。相比于無機化學，有機化學大多數反應的發現，要晚得多。如果說大多數無機化學的知識是在近代，那么大多數有機化學的反應都是在現代甚至是當代才完成的。按照教育部規定大學本科教學當中的內容，化學類學生在大學階段，根據各專業培養方案，大約要學習200-400個有機化學反應，其中有50-100個反應是根據人名來命名。比較著名且常用的且常的有Grinard反應、Mannich反應、Perkin反應Firdel-Crifts反應，Knoevengel反應等。可以這樣說，在中學課程中，人為地加入科學史是為了提高學生的學習興趣的話，大學的有機化學中，很多化學知識是必須也不可能和歷史割裂的。就科學史在有機化學教學中的作用，可以從以下幾個方面來說明。

（1）提升探索新知識的興趣。大學的教育不能僅僅要求學生學習課本上的專業知識，而是要求學生綜合素質全面發展。化學史教學內容貫穿于有機化學教科書中，體現了國家對于素質教育思想的要求。有機化學的一個特點是，很多有機化學反應的名字都是以發現這個反應的當事人命名的，他們的名字作為歷史的一部分，永遠地和這個反應也就是這個知識點聯系在了一起。從這個角度來說，如果要把化學史滲透到有機化學中也更為容易。比如著名的反格式反應，大多數人都知道Grinard是在做研究生期間發現的這一反應的[1]。當時已經有人合成了有機鋅化合物，他的導師讓他利用鎂和鹵代烷及醛酮在一起反應制備醇，他經過多次嘗試產率均不高，進一步研究發現如果先把鎂和鹵代烷與鎂在乙醚中絕對無水條件反應以后，再與醛酮的反應從而可以大大提高所要的醇的產率，從而發現了格式試劑。后來發現格式試劑能發生很多有用的反應，由于這一反應的極其重要性，他為此獲得了諾貝爾化學獎。而關于格氏試劑的結構還有很多故事，很長一段時間，格氏試劑都是在醚類有機溶劑中制備的，所以也有各種解釋格氏試劑的結構的理論。直到近些年來，人們發現了某些格氏試劑可在沒有醚的存在下制得，這才又進一步豐富了格式試劑的知識，也進一步豐富了歷史。由于Grinard在做學生期間就獲得這么大的成就，因而可借這段歷史促進學生的學習和研究熱情，提高科研工作興趣。

（2）了解和學習前輩科學家對實驗工作細心和耐心。立體化學這一章，也包還有化學發展的重要歷史事件。巴斯特──立體化學之父，在他的學生時代，他讀到一篇文章，里面講到有兩種同分異構的酒石酸鹽，這兩種鹽的唯一區別，就是一種具有旋光性，另一種沒有。巴斯德認為這兩種鹽在分子結構上一定存在差別。并把這個問題作為自己工作后的第一個研究課題。通過仔細觀察，他發現所有這些晶體都具有不對稱性，進而他發現那些沒有旋光性的酒石酸是由兩種類型的晶體構成，這兩種晶體互為鏡像。他非常小心地在顯微鏡下把這些晶體分成兩組，果然他們都具有旋光性而且旋光方向相反。就這樣他發現了分子的不對稱性，從而開辟了一個嶄新的領域。從這個史料可以看出，一個科學家對實驗現象的仔細觀察是多么重要，只有在科學理論指導下，仔細觀察各種物質的細微差別。在科研中，耐心而細致的工作作風，是取得成就的重要保證。

（3）了解交叉學科的重要性，激勵學生努力拓寬知識面。紅外光譜，紫外光譜和核磁共振等現代物理方法在有機化學中的應用，是有機化學發展的又一歷史性大事件。在這些方法被用來鑒別物質結構以前，化學家們鑒定一個結構需要很長的時間，他們需要利用不同的化學反應，從復雜有機物的不同部位進行裂解，再對分解后的小分子進行分析鑒別，鑒別一個稍復雜的結構，可能需要幾年的時間。而紅外光譜和核磁共振的應用，使得有機化合物鑒別時間縮短到以小時甚至以分鐘來計。早期研究紅外光譜的科學家很多是研究光學的，他們在了解有機化合物結構的同時，都還有很強的物理背景。瑞典科學家Amgstrem首次利用氯化鈉晶體做光柵測定了CO和CO2的紅外光譜，這個實驗證實了不同的分子具有不同的分子光譜，同時表明紅外光譜的產生在于分子結構不同而不是原子的不同，不久Golberts系統地研究了128種無化合物和有機化合物的紅外光譜[3]，并發現了紅外吸收和化合物結構之間的聯系，這是科學家第一次將分子官能團和吸收峰位置聯系起來。隨后，紅外光譜經過棱鏡、光柵再發展到現在的傅里葉紅外光譜。這些科學家與單純做合成的有機化學家不同，他們一般都具有良好的數理背景。類似的是核磁共振氫譜，核磁共振從誕生到30年前的低倍核磁共振儀器和現在的高倍核磁共振儀器，都有大批的科學家的心血，所以總體上來說，如果能拓寬知識面，將會大大增加成功的機會。

（4）培養精益求精的精神。高分子化學在當代是作為一個獨立的學科了，不過在歷史上很長一段時間里，高分子是作為有機化學的一個章節存在的。其中，20世紀50年代開始，由齊格勒-那他催化劑[4-5]的出現，使得長期以來難以得到高聚物的丙烯制成了高聚物，乙烯也可以在較低的壓力和低溫下實現聚合，并制得與之前性能不同的聚乙烯產品。從第一代催化劑發展到現在的第五代催化劑，催化效率提高了好幾個數量級，產品性能也大大提高，這里面就充分提現了科學家們孜孜不倦的追求和永無止境的追求精神。

（5）培養民族自豪感。許多華裔科學家不論是國內還是在國外，他們同世界其他民族的杰出科學家一樣，有著吃苦耐勞，勇于創新的精神和嚴謹的科研作風。在艱苦和落后的科研條件下，以刑期毅[6]等老一輩有機化學家，于1965年成功合成人類歷史上第一個具有生物活性的蛋白質分子，即結晶牛胰島素。這一成果包含了老一輩科學家的集體智慧，飽含了他們不顧名利，緊密團結的合作精神。另一個老一代科學家是黃鳴龍[7]，他在做訪問學者期間，對堿催化肼還原羰基的反應做了探索，通過改變溶劑和溫度成功地將這一還原反應的時間由7天縮短大約1天的時間。他的名字也和兩外外國科學家一起永遠和這一反應連在一起。當代中國，仍然有很多化學家為有機化學的發展做出了貢獻，比如有機化學上的陸【3+2】不對稱環化反應，就是中國化學家陸熙炎院士[8]和他的團隊在經過精心設計和大量的實驗基礎上完成的。他們系統性地研究了此反應的機理并對反應條件做了大量優化，并使當地對使用范圍作了擴展，使得此反應有了很好的應用前景。還有科學家帶著中華民族的智慧走向世界，如史-安環氧化反應[9]，就是華人科學家在國外完成的。

除了教科書中的化學史，還有教科書中不寫的化學史，比如化學實驗儀器的發展史等也是非常有用的素材，可以在實驗室給學生講解，這些素材就發生在每個老師的身邊，比如玻璃儀器，從最初的劣質玻璃，需要用軟木塞鏈接，再到后來改用橡皮塞鏈接，發展到現在優質玻璃利用各種標準磨口銜接，還有各種防腐的聚四氟乙烯配件等的應用，使得化學實驗在安全性，氣密性耐腐蝕性及方便性等多方面都有所提高，這些素材也可以很大程度提高學生的學習興趣，在培養學生尊重前人勞動成果，珍惜當下學習條件等心態具有重要意義。

總體來說，《有機化學》課程是歷代化學家大量研究成果的系統體現,有機化學反應利用科學家名字命名的傳統使得有機化學中更適合在教學目標中引入化學史知識，這樣做可以讓學生了解有機化學的歷史起源，了解從有機物的發現、有機物結構的鑒別、有機合成的實驗方法再到有機反應機理的探究過程，這也有助于提高學生對有機化學學科的熱愛，還對培養學生嚴謹細致的工作作風和拓寬知識面的欲望及培養學生民族自豪感等方面具都大有裨益。