有机合成化学实验教学论文

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1化工专业精细有机合成化学实验绿色化理念渗透的必要性

精细有机合成化学实验中常用到酚类、芳香烃、醛、酮等有毒有害物质[5]。学生在做精细有机合成化学实验时，由于实验室空间有限，进行实验操作的学生人数较多，实验台套数有限，实验产生和扩散的有毒有害物质，势必污染教学环境，影响师生的健康，也不利于培养学生的环境意识。另一方面，实验过程中产生的大量的废气、废水以及废渣未经处理直接排放到自然环境中，必然对环境造成污染，几乎每个精细有机合成化学实验室都已成了一个小型的污染源。因此，在精细有机合成化学实验教学中渗透绿色化学教育思想是必要的。作为化学教师，应将绿色化学理念随时融入到实验教学中，培养具有绿色化学意识环保理念的化工专业应用型人才。

2以绿色化学理念指导精细有机合成化学实验教学模式

2.1优化实验内容，精选实验项目，体现绿色化学思想。在以往的实验教学中，选择精细有机合成化学实验内容时，多从典型性、代表性、高复现性等方面考虑，忽视了实验内容和实验过程对环境的污染[6]。现在选择精细有机合成化学实验内容时，多以绿色化学理念为指导，对实验内容进行优化，尽可能选择围绕基本原理、基本实验操作而进行的无污染、污染少的实验。实验中尽量采用无毒原料、溶剂和催化剂，尽量做到原料绿色化、溶剂绿色化和催化剂绿色化，并选用绿色合成路线[7]。精确计算各种反应物的需求量，在保证实验结果的前提下，尽量减少试剂用量，使反应物尽可能完全转变成产物，体现绿色化学“原子经济性”的精神[8]。在实验项目的选择方面，尽量依据低能耗、低毒原则进行筛选。如常用的高聚物单体“己二酸的合成”实验，可以采用双氧水氧化法替代硝酸氧化法[9]，避免实验中产生大量有毒氧化物气体和使用硝酸带来的强腐蚀性，从而提高了实验安全性。再如“对硝基苯甲酸乙酯的合成”实验中，常规方法是以浓硫酸为催化剂来合成的，这种方法，虽然催化剂价廉、活性高，但反应复杂，副产物多，且浓硫酸腐蚀设备、污染环境。现在改为以价廉易得、性质稳定安全的苯磺酸为催化剂来合成就可以克服这些缺点，且产率较高[10]。2.2合理设计关联实验，改进精细有机合成化学实验装置。合成制备实验在精细有机合成化学实验中占有较大比例，且大多数反应物产物都是有毒有害物质。传统的操作方法是在通风橱中进行实验，这样只能避免对实验室小环境的污染，有毒物质还会排放到空气中。如在酯类物质的制备实验中，将反应装置连接一个干燥管，细口插入碳酸钠溶液里，可防止倒吸，同时也防止了反应物产物气体进入空气，反应物用量也减少一半以上[11]，从而达到尽可能减少污染的目的。在精细有机合成化学实验中，可以对各个实验间存在的关系进行研究，并加以梳理，通过合理安排实验次序，开展关联实验[12]。一个实验的产品可以作为另一个实验的原料，使实验之间形成链接关系，使实验中的辅助剂、产物、副产物、剩余物能相互循环利用[13]。如在药物中间体“对硝基苯甲酸的合成”实验中，合成的产品对硝基苯甲酸粗品，也可以成为基本操作“重结晶”的实验材料，精制后的对硝基苯甲酸纯品，又可以成为“熔点的测定”的实验材料，这样可节省实验时间和原料，还可通过熔点的测定实验进一步检查学生的产品是否合格，可谓一举多得[14]。2.3采用微型化实验，增强节约意识。微型化学实验产生于20世纪80年代的美国，是国际上公认的能体现绿色化学理念的一种化学实验的新方法、新技术，被誉为“化学实验的革命”[15]。它是以尽可能少的化学试剂参加反应，获得比较明显的反应结果和较准确的化学信息的一种新型实验方法。现代科学的发展已进入超小规模领域，微型化成套合成实验仪器的出现，为微型化实验提供了可能[16]。在保证同样的教学效果情况下，同时传授环保、经济的教育教学理念。基于此，精细有机合成化学实验要逐步实施常量、微量与半微量相结合方式[17]。如精细有机合成化学实验中植物生长素“2，4-二氯苯氧乙酸的合成”、磺胺药物“对氨基苯磺酰胺的合成”、香料“氢化肉桂酸的合成”、防晒剂“对氨基苯甲酸的合成”、阴离子表面活性剂“十二烷基硫酸钠的制备”等实验项目中，实验药品用量比常量实验减少1/2，反应时间也随之大大缩短，实验仍然保持较高的产率。还有其他很多半微量实验中试剂的用量或浓度仅为常量的1/10~1/5，试剂用量比对应的常量实验节约80%以上[18]。实践证明，药品用量的半微量化与常量化在准确性与严密性上并没有明显差别，相关辅助材料(如水、电)的消耗也相应减少，降低了实验成本，同时也使爆炸、烧伤、中毒等实验事故相应减少，提高了实验的安全性，减少了对环境的污染。因此，微型化学实验是实现绿色化学的有效途径之一。2.4采用多媒体技术，模拟化学仿真实验。传统的精细有机合成化学实验不可避免地要消耗较多药品和大量水资源，特别是一些使用昂贵试剂的实验，实验成本较大且易发生爆炸的实验，以及必须采用有毒有害试剂并在实验中排放较多有毒气体的实验。因此精细有机合成化学实验的绿色化是有一定限度的，而且有些教材中的经典实验不具备绿色化条件[19]。我们可以利用现代化教学手段来辅助学生教学实验，采用多媒体技术，模拟化学仿真实验。多媒体教学的一大优点就在于能够模拟各种精细有机合成化学实验，实验现象明显，而且方便快捷，无污染。利用多媒体技术对实验原理、实验装置、实验流程、实验过程进行虚拟仿真，用文字、声音、图象、动画的效果让学生在屏幕前达到身临其境的感受，同时伴随教师相关知识精辟的讲解，使学生通过仿真实验获得较好的实验效果，实现精细有机合成化学实验绿色化。

3贯彻绿色环保意识，合理回收循环利用实验废弃物

精细有机合成化学实验中不可避免地会产生某些有毒气体、液体和固体，量虽然不算大，但久而久之会对环境造成较大污染[20]。实验中任意处置“三废”会淡化学生环保意识，尤其是对于化工专业的学生，环保要求更高。因此，每次实验完成后将产生的废液统一进行回收，把用过的芳烃类、卤代烃类、酚类、醛酮类、酸碱类等各种废液、废渣或有放射性的污染物，分别倒入指定的各类回收容器内，然后鼓励并指导学生利用所学的专业知识对废气废液废渣进行循环再次利用。如精细有机合成化学实验中产生的酸性废气用碱液吸收或与其它物质反应，使其变成液体或固体；实验中的含氰废液可用碱性氯化法进行处理；废渣尽可能循环再利用；实验中破损的蒸发皿可收集敲碎用做沸石等，这样既提高了学生环保意识，又巩固了学生专业知识。从而做到实验室少污染，实验产品链式利用的良性循环。

4结语

绿色化学理念是可持续发展观的重要内容，也是应用型本科院校化工专业的学生应该具备的重要环保理念。它从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革探索传统化学实验，对保护环境和学生的环保意识有着非常重要的意义。因此，在实验教学过程中，必须积极探索精细有机合成化学实验绿色化模式，在实验中不断向学生渗透绿色化学理念，使学生不断树立环保意识，辩证地对待科学发展的利与害，从而在今后的工作和生活中能自觉地利用绿色化学的知识，为环境保护和人类健康工作做出应有的贡献。

作者:吴绍艳 祝媛媛 李琴 单位:湖北大学知行学院