有機(jī)合成化學(xué)實驗教學(xué)論文

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1化工專業(yè)精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗綠色化理念滲透的必要性

精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗中常用到酚類、芳香烴、醛、酮等有毒有害物質(zhì)[5]。學(xué)生在做精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗時，由于實驗室空間有限，進(jìn)行實驗操作的學(xué)生人數(shù)較多，實驗臺套數(shù)有限，實驗產(chǎn)生和擴(kuò)散的有毒有害物質(zhì)，勢必污染教學(xué)環(huán)境，影響師生的健康，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識。另一方面，實驗過程中產(chǎn)生的大量的廢氣、廢水以及廢渣未經(jīng)處理直接排放到自然環(huán)境中，必然對環(huán)境造成污染，幾乎每個精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗室都已成了一個小型的污染源。因此，在精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗教學(xué)中滲透綠色化學(xué)教育思想是必要的。作為化學(xué)教師，應(yīng)將綠色化學(xué)理念隨時融入到實驗教學(xué)中，培養(yǎng)具有綠色化學(xué)意識環(huán)保理念的化工專業(yè)應(yīng)用型人才。

2以綠色化學(xué)理念指導(dǎo)精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗教學(xué)模式

2.1優(yōu)化實驗內(nèi)容，精選實驗項目，體現(xiàn)綠色化學(xué)思想。在以往的實驗教學(xué)中，選擇精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗內(nèi)容時，多從典型性、代表性、高復(fù)現(xiàn)性等方面考慮，忽視了實驗內(nèi)容和實驗過程對環(huán)境的污染[6]?，F(xiàn)在選擇精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗內(nèi)容時，多以綠色化學(xué)理念為指導(dǎo)，對實驗內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，盡可能選擇圍繞基本原理、基本實驗操作而進(jìn)行的無污染、污染少的實驗。實驗中盡量采用無毒原料、溶劑和催化劑，盡量做到原料綠色化、溶劑綠色化和催化劑綠色化，并選用綠色合成路線[7]。精確計算各種反應(yīng)物的需求量，在保證實驗結(jié)果的前提下，盡量減少試劑用量，使反應(yīng)物盡可能完全轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，體現(xiàn)綠色化學(xué)“原子經(jīng)濟(jì)性”的精神[8]。在實驗項目的選擇方面，盡量依據(jù)低能耗、低毒原則進(jìn)行篩選。如常用的高聚物單體“己二酸的合成”實驗，可以采用雙氧水氧化法替代硝酸氧化法[9]，避免實驗中產(chǎn)生大量有毒氧化物氣體和使用硝酸帶來的強腐蝕性，從而提高了實驗安全性。再如“對硝基苯甲酸乙酯的合成”實驗中，常規(guī)方法是以濃硫酸為催化劑來合成的，這種方法，雖然催化劑價廉、活性高，但反應(yīng)復(fù)雜，副產(chǎn)物多，且濃硫酸腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境。現(xiàn)在改為以價廉易得、性質(zhì)穩(wěn)定安全的苯磺酸為催化劑來合成就可以克服這些缺點，且產(chǎn)率較高[10]。2.2合理設(shè)計關(guān)聯(lián)實驗，改進(jìn)精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗裝置。合成制備實驗在精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗中占有較大比例，且大多數(shù)反應(yīng)物產(chǎn)物都是有毒有害物質(zhì)。傳統(tǒng)的操作方法是在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實驗，這樣只能避免對實驗室小環(huán)境的污染，有毒物質(zhì)還會排放到空氣中。如在酯類物質(zhì)的制備實驗中，將反應(yīng)裝置連接一個干燥管，細(xì)口插入碳酸鈉溶液里，可防止倒吸，同時也防止了反應(yīng)物產(chǎn)物氣體進(jìn)入空氣，反應(yīng)物用量也減少一半以上[11]，從而達(dá)到盡可能減少污染的目的。在精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗中，可以對各個實驗間存在的關(guān)系進(jìn)行研究，并加以梳理，通過合理安排實驗次序，開展關(guān)聯(lián)實驗[12]。一個實驗的產(chǎn)品可以作為另一個實驗的原料，使實驗之間形成鏈接關(guān)系，使實驗中的輔助劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、剩余物能相互循環(huán)利用[13]。如在藥物中間體“對硝基苯甲酸的合成”實驗中，合成的產(chǎn)品對硝基苯甲酸粗品，也可以成為基本操作“重結(jié)晶”的實驗材料，精制后的對硝基苯甲酸純品，又可以成為“熔點的測定”的實驗材料，這樣可節(jié)省實驗時間和原料，還可通過熔點的測定實驗進(jìn)一步檢查學(xué)生的產(chǎn)品是否合格，可謂一舉多得[14]。2.3采用微型化實驗，增強節(jié)約意識。微型化學(xué)實驗產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代的美國，是國際上公認(rèn)的能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的一種化學(xué)實驗的新方法、新技術(shù)，被譽為“化學(xué)實驗的革命”[15]。它是以盡可能少的化學(xué)試劑參加反應(yīng)，獲得比較明顯的反應(yīng)結(jié)果和較準(zhǔn)確的化學(xué)信息的一種新型實驗方法?，F(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展已進(jìn)入超小規(guī)模領(lǐng)域，微型化成套合成實驗儀器的出現(xiàn)，為微型化實驗提供了可能[16]。在保證同樣的教學(xué)效果情況下，同時傳授環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的教育教學(xué)理念?；诖?，精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗要逐步實施常量、微量與半微量相結(jié)合方式[17]。如精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗中植物生長素“2，4-二氯苯氧乙酸的合成”、磺胺藥物“對氨基苯磺酰胺的合成”、香料“氫化肉桂酸的合成”、防曬劑“對氨基苯甲酸的合成”、陰離子表面活性劑“十二烷基硫酸鈉的制備”等實驗項目中，實驗藥品用量比常量實驗減少1/2，反應(yīng)時間也隨之大大縮短，實驗仍然保持較高的產(chǎn)率。還有其他很多半微量實驗中試劑的用量或濃度僅為常量的1/10~1/5，試劑用量比對應(yīng)的常量實驗節(jié)約80%以上[18]。實踐證明，藥品用量的半微量化與常量化在準(zhǔn)確性與嚴(yán)密性上并沒有明顯差別，相關(guān)輔助材料(如水、電)的消耗也相應(yīng)減少，降低了實驗成本，同時也使爆炸、燒傷、中毒等實驗事故相應(yīng)減少，提高了實驗的安全性，減少了對環(huán)境的污染。因此，微型化學(xué)實驗是實現(xiàn)綠色化學(xué)的有效途徑之一。2.4采用多媒體技術(shù)，模擬化學(xué)仿真實驗。傳統(tǒng)的精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗不可避免地要消耗較多藥品和大量水資源，特別是一些使用昂貴試劑的實驗，實驗成本較大且易發(fā)生爆炸的實驗，以及必須采用有毒有害試劑并在實驗中排放較多有毒氣體的實驗。因此精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗的綠色化是有一定限度的，而且有些教材中的經(jīng)典實驗不具備綠色化條件[19]。我們可以利用現(xiàn)代化教學(xué)手段來輔助學(xué)生教學(xué)實驗，采用多媒體技術(shù)，模擬化學(xué)仿真實驗。多媒體教學(xué)的一大優(yōu)點就在于能夠模擬各種精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗，實驗現(xiàn)象明顯，而且方便快捷，無污染。利用多媒體技術(shù)對實驗原理、實驗裝置、實驗流程、實驗過程進(jìn)行虛擬仿真，用文字、聲音、圖象、動畫的效果讓學(xué)生在屏幕前達(dá)到身臨其境的感受，同時伴隨教師相關(guān)知識精辟的講解，使學(xué)生通過仿真實驗獲得較好的實驗效果，實現(xiàn)精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗綠色化。

3貫徹綠色環(huán)保意識，合理回收循環(huán)利用實驗廢棄物

精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗中不可避免地會產(chǎn)生某些有毒氣體、液體和固體，量雖然不算大，但久而久之會對環(huán)境造成較大污染[20]。實驗中任意處置“三廢”會淡化學(xué)生環(huán)保意識，尤其是對于化工專業(yè)的學(xué)生，環(huán)保要求更高。因此，每次實驗完成后將產(chǎn)生的廢液統(tǒng)一進(jìn)行回收，把用過的芳烴類、鹵代烴類、酚類、醛酮類、酸堿類等各種廢液、廢渣或有放射性的污染物，分別倒入指定的各類回收容器內(nèi)，然后鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的專業(yè)知識對廢氣廢液廢渣進(jìn)行循環(huán)再次利用。如精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗中產(chǎn)生的酸性廢氣用堿液吸收或與其它物質(zhì)反應(yīng)，使其變成液體或固體；實驗中的含氰廢液可用堿性氯化法進(jìn)行處理；廢渣盡可能循環(huán)再利用；實驗中破損的蒸發(fā)皿可收集敲碎用做沸石等，這樣既提高了學(xué)生環(huán)保意識，又鞏固了學(xué)生專業(yè)知識。從而做到實驗室少污染，實驗產(chǎn)品鏈?zhǔn)嚼玫牧夹匝h(huán)。

4結(jié)語

綠色化學(xué)理念是可持續(xù)發(fā)展觀的重要內(nèi)容，也是應(yīng)用型本科院?；I(yè)的學(xué)生應(yīng)該具備的重要環(huán)保理念。它從節(jié)約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革探索傳統(tǒng)化學(xué)實驗，對保護(hù)環(huán)境和學(xué)生的環(huán)保意識有著非常重要的意義。因此，在實驗教學(xué)過程中，必須積極探索精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)實驗綠色化模式，在實驗中不斷向?qū)W生滲透綠色化學(xué)理念，使學(xué)生不斷樹立環(huán)保意識，辯證地對待科學(xué)發(fā)展的利與害，從而在今后的工作和生活中能自覺地利用綠色化學(xué)的知識，為環(huán)境保護(hù)和人類健康工作做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

作者:吳紹艷 祝媛媛 李琴 單位:湖北大學(xué)知行學(xué)院