浅谈化学史在大学有机化学课程教学中的作用

陈家吉，李增昌

（1.广西高校桂西区域生态环境分析和污染控制重点实验室，广西 百色 533000；2.百色学院化工与环境工程学院，广西 百色 533000）

历史的存在是为了让我们得到更好的发展，化学史在大学有机化学的教学中，也具有非常重要的意义。在各种有机化学教材中，很多有机化学反应名称以发现者命名是个良好的传统，这给在有机化学教学中增加化学史内容带来便利。用好这一便利条件不仅可以促进学生的学习兴趣，有利于培养严谨细致的工作作风、有利于激发学生扩展知识面和培养学生精益求精的工作态度，也对增强民族自豪感也大有裨益。化学知识存在一定的抽象性，通过让学生对相关化学历史进行深入了解，对相应化学知识进行深层次的学习与掌握，可进一步推动学生综合素质的提升。本文首先概述了化学史在大学有机化学教科书中的重要性，接着针对化学史在有机化学教学中潜在作用做了论述。

大学有机化学的主题是讲各种有机化合物的性质及其制备方法。相比于无机化学，有机化学大多数反应的发现，要晚得多。如果说大多数无机化学的知识是在近代，那么大多数有机化学的反应都是在现代甚至是当代才完成的。按照教育部规定大学本科教学当中的内容，化学类学生在大学阶段，根据各专业培养方案，大约要学习200-400个有机化学反应，其中有50-100个反应是根据人名来命名。比较著名且常用的且常的有Grinard反应、Mannich反应、Perkin反应Firdel-Crifts反应，Knoevengel反应等。可以这样说，在中学课程中，人为地加入科学史是为了提高学生的学习兴趣的话，大学的有机化学中，很多化学知识是必须也不可能和历史割裂的。就科学史在有机化学教学中的作用，可以从以下几个方面来说明。

（1）提升探索新知识的兴趣。大学的教育不能仅仅要求学生学习课本上的专业知识，而是要求学生综合素质全面发展。化学史教学内容贯穿于有机化学教科书中，体现了国家对于素质教育思想的要求。有机化学的一个特点是，很多有机化学反应的名字都是以发现这个反应的当事人命名的，他们的名字作为历史的一部分，永远地和这个反应也就是这个知识点联系在了一起。从这个角度来说，如果要把化学史渗透到有机化学中也更为容易。比如著名的反格式反应，大多数人都知道Grinard是在做研究生期间发现的这一反应的[1]。当时已经有人合成了有机锌化合物，他的导师让他利用镁和卤代烷及醛酮在一起反应制备醇，他经过多次尝试产率均不高，进一步研究发现如果先把镁和卤代烷与镁在乙醚中绝对无水条件反应以后，再与醛酮的反应从而可以大大提高所要的醇的产率，从而发现了格式试剂。后来发现格式试剂能发生很多有用的反应，由于这一反应的极其重要性，他为此获得了诺贝尔化学奖。而关于格氏试剂的结构还有很多故事，很长一段时间，格氏试剂都是在醚类有机溶剂中制备的，所以也有各种解释格氏试剂的结构的理论。直到近些年来，人们发现了某些格氏试剂可在没有醚的存在下制得，这才又进一步丰富了格式试剂的知识，也进一步丰富了历史。由于Grinard在做学生期间就获得这么大的成就，因而可借这段历史促进学生的学习和研究热情，提高科研工作兴趣。

（2）了解和学习前辈科学家对实验工作细心和耐心。立体化学这一章，也包还有化学发展的重要历史事件。巴斯特──立体化学之父，在他的学生时代，他读到一篇文章，里面讲到有两种同分异构的酒石酸盐，这两种盐的唯一区别，就是一种具有旋光性，另一种没有。巴斯德认为这两种盐在分子结构上一定存在差别。并把这个问题作为自己工作后的第一个研究课题。通过仔细观察，他发现所有这些晶体都具有不对称性，进而他发现那些没有旋光性的酒石酸是由两种类型的晶体构成，这两种晶体互为镜像。他非常小心地在显微镜下把这些晶体分成两组，果然他们都具有旋光性而且旋光方向相反。就这样他发现了分子的不对称性，从而开辟了一个崭新的领域。从这个史料可以看出，一个科学家对实验现象的仔细观察是多么重要，只有在科学理论指导下，仔细观察各种物质的细微差别。在科研中，耐心而细致的工作作风，是取得成就的重要保证。

（3）了解交叉学科的重要性，激励学生努力拓宽知识面。红外光谱，紫外光谱和核磁共振等现代物理方法在有机化学中的应用，是有机化学发展的又一历史性大事件。在这些方法被用来鉴别物质结构以前，化学家们鉴定一个结构需要很长的时间，他们需要利用不同的化学反应，从复杂有机物的不同部位进行裂解，再对分解后的小分子进行分析鉴别，鉴别一个稍复杂的结构，可能需要几年的时间。而红外光谱和核磁共振的应用，使得有机化合物鉴别时间缩短到以小时甚至以分钟来计。早期研究红外光谱的科学家很多是研究光学的，他们在了解有机化合物结构的同时，都还有很强的物理背景。瑞典科学家Amgstrem首次利用氯化钠晶体做光栅测定了CO和CO2的红外光谱，这个实验证实了不同的分子具有不同的分子光谱，同时表明红外光谱的产生在于分子结构不同而不是原子的不同，不久Golberts系统地研究了128种无化合物和有机化合物的红外光谱[3]，并发现了红外吸收和化合物结构之间的联系，这是科学家第一次将分子官能团和吸收峰位置联系起来。随后，红外光谱经过棱镜、光栅再发展到现在的傅里叶红外光谱。这些科学家与单纯做合成的有机化学家不同，他们一般都具有良好的数理背景。类似的是核磁共振氢谱，核磁共振从诞生到30年前的低倍核磁共振仪器和现在的高倍核磁共振仪器，都有大批的科学家的心血，所以总体上来说，如果能拓宽知识面，将会大大增加成功的机会。

（4）培养精益求精的精神。高分子化学在当代是作为一个独立的学科了，不过在历史上很长一段时间里，高分子是作为有机化学的一个章节存在的。其中，20世纪50年代开始，由齐格勒-那他催化剂[4-5]的出现，使得长期以来难以得到高聚物的丙烯制成了高聚物，乙烯也可以在较低的压力和低温下实现聚合，并制得与之前性能不同的聚乙烯产品。从第一代催化剂发展到现在的第五代催化剂，催化效率提高了好几个数量级，产品性能也大大提高，这里面就充分提现了科学家们孜孜不倦的追求和永无止境的追求精神。

（5）培养民族自豪感。许多华裔科学家不论是国内还是在国外，他们同世界其他民族的杰出科学家一样，有着吃苦耐劳，勇于创新的精神和严谨的科研作风。在艰苦和落后的科研条件下，以刑期毅[6]等老一辈有机化学家，于1965年成功合成人类历史上第一个具有生物活性的蛋白质分子，即结晶牛胰岛素。这一成果包含了老一辈科学家的集体智慧，饱含了他们不顾名利，紧密团结的合作精神。另一个老一代科学家是黄鸣龙[7]，他在做访问学者期间，对碱催化肼还原羰基的反应做了探索，通过改变溶剂和温度成功地将这一还原反应的时间由7天缩短大约1天的时间。他的名字也和两外外国科学家一起永远和这一反应连在一起。当代中国，仍然有很多化学家为有机化学的发展做出了贡献，比如有机化学上的陆【3+2】不对称环化反应，就是中国化学家陆熙炎院士[8]和他的团队在经过精心设计和大量的实验基础上完成的。他们系统性地研究了此反应的机理并对反应条件做了大量优化，并使当地对使用范围作了扩展，使得此反应有了很好的应用前景。还有科学家带着中华民族的智慧走向世界，如史-安环氧化反应[9]，就是华人科学家在国外完成的。

除了教科书中的化学史，还有教科书中不写的化学史，比如化学实验仪器的发展史等也是非常有用的素材，可以在实验室给学生讲解，这些素材就发生在每个老师的身边，比如玻璃仪器，从最初的劣质玻璃，需要用软木塞链接，再到后来改用橡皮塞链接，发展到现在优质玻璃利用各种标准磨口衔接，还有各种防腐的聚四氟乙烯配件等的应用，使得化学实验在安全性，气密性耐腐蚀性及方便性等多方面都有所提高，这些素材也可以很大程度提高学生的学习兴趣，在培养学生尊重前人劳动成果，珍惜当下学习条件等心态具有重要意义。

总体来说，《有机化学》课程是历代化学家大量研究成果的系统体现,有机化学反应利用科学家名字命名的传统使得有机化学中更适合在教学目标中引入化学史知识，这样做可以让学生了解有机化学的历史起源，了解从有机物的发现、有机物结构的鉴别、有机合成的实验方法再到有机反应机理的探究过程，这也有助于提高学生对有机化学学科的热爱，还对培养学生严谨细致的工作作风和拓宽知识面的欲望及培养学生民族自豪感等方面具都大有裨益。