关于有机化学实验教学中体现绿色化学的探索

0引言

绿色化学(GreenChemistry)，又称环境友好化学，环境无害化学，清洁化学。它是指用科学的原理、技术和方法去减少或消除那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等，研制和设计没有(或尽可能减少)环境副作用的化学品和化学过程。绿色化学是为适应人类可持续发展的要求而提出的全新观念，它涵盖了原料绿色化、反应绿色化、催化剂绿色化、溶剂绿色化、产品绿色化5方面的内容，绿色化学的根本目的是从源头防止污染，使我们对环境的治理从治标转向治本。绿色化学将提供我们一个清洁的环境，有利于人类及其赖以生存的环境的可持续发展，达到人与自然的和谐相处。

有机化学实验是高校化学化工、材料、环境、医学、生命科学，农业院校等专业重要的基础课，实验中需要大量的药品和试剂，大多数是有毒、可燃、有腐蚀性或爆炸性的，同时实验过程中也会产生许多废弃物。如不妥善处理，每次实验排放的废水、废气、废渣将会严重污染环境，实验室就是一个严重的污染源，所以在有机化学实验教学中实行绿色化学教育，加强学生环保意识是十分紧迫的问题，培养学生的创新能力。这就要求化学教师严肃、认真地对待每一个实验，既要科学、直观地展示实验所要达到的目的，又要始终注意尽量消除其对环境的负面影响，体现绿色化学思想。许多从事有机化学实验的教育工作者已经意识到这一点，并进行了尝试。现将我们在有机化学实验教学过程中的一些具体做法总结如下。

1精心挑选符合绿色化学的实验项目

传统的有机化学实验项目安排时，教师只考虑实验现象明显，学生能够掌握基本操作技能的实验，对实验试剂的毒性、产生的污染没有足够的认识，只是被动地告诉学生怎样防护。实现有机化学实验绿色化要从教师做起，应在教师头脑中树立绿色化学的思维方式，从环境保护的角度来认真筛选实验项目，淘汰一部分对环境污染较大的实验项目，补充环境污染小的实验项目和环保型实验。在保证达到实验教学目的的前提下，选用毒性小、废弃物少、污染轻的实验项目。如:苯和液溴反应制备溴苯实验，苯损害造血系统，液溴腐蚀性大，现用正丁醇和溴化钠反应制备正溴丁烷替代;如用肉桂酸实验替换喹啉实验，避开了苯胺、硝基苯等有毒致癌物质。挑选实验时，首先从现有的有机化学实验教材中进行遴选，同时增加一些教师科研工作中的成果作为实验开设，如微波干法合成4-(3-吡啶基)3-丁烯-2-酮实验，在有机化学实验中引入微波技术，反应速率可比传统的加热技术快数倍及至数千倍，并且具有反应条件温和、反应时间短、产品易纯化、节省溶剂、对环境友好等优点，同时有助于学生对化学科学前沿的了解，激发学生的求知欲。

2必做的实验按绿色化学理念进行改进

按照教学大纲要求，目前能开设的有机化学实验不可能完全符合绿色化学，但我们可以参照最新科研成果，对某些实验项目按绿色化学理念进行改进。

2.1减少试剂用量

在正溴丁烷制备实验中，对原料正丁醇的用量进行了摸索，最后得出正丁醇用量为4mL，产物可得2.4～3.5mL，学生基本上都能得到产物。正丁醇用量减少，实验中需要的其他酸碱等试剂都相应减少，节约了试剂，减少了污染，并且实验时间由原来的5h减少到3h。

在乙酰苯胺制备实验中，苯胺有毒，乙酸酐是强腐蚀性物质，可将苯胺由5.5mL减少至2mL，乙酸酐由7.3mL减少至3mL，仍可得2.5g左右产品，实验效果非常明显。

在甲基橙的制备实验中，原料N，N-二甲基苯胺是剧毒品，具有血液毒、神经毒和致癌性，亚硝酸钠也是众所周知的致癌物，若采用微型实验反应，学生难以观察到真实的合成过程。我们对此进行了摸索，最后得出原料减半，采用1.0g对氨基苯磺酸，0.4g亚硝酸钠，0.7mLN，N-二甲基苯胺，仍可得甲基橙粗产品1.5g左右，完全满足实验要求.

2.2选择绿色催化剂

酯类化合物的制备是必开实验，但现有教材基本上都是用浓硫酸作催化剂。浓硫酸具有强氧化性、使反应副产物多，酸性废液多，参照目前关于酯化反应的种种研究成果，选用固体超强酸[SiO2/SO2-4]作为合成乙酸乙酯的催化剂，水合硫酸氢钠作为乙酸正丁酯制备实验中的催化剂，减少了污染，提高了产率，并且催化剂可再生使用。在乙酰乙酸乙酯的制备实验中，用氢氧化钠代替金属钠，使操作变得既简便又安全，同时使用相转移催化剂TEBA，反应时间缩短2h，收率不变。

2.3选择绿色溶剂

在柱色谱分离操作中，教材中是采用无水苯和乙醚来分离邻硝基苯胺和对硝基苯胺，为避免苯的毒性，摸索出1∶3的乙酸乙酯和石油醚作洗脱剂，分离效果也很好，，后来又改为乙醇和水作洗脱剂分离荧光黄和亚甲基蓝，同时反复探索柱直径、氧化铝高度、被分离混合物浓度对分离效果的影响，最后得出加入4滴1mL95%乙醇溶解有1mg荧光黄和1mg亚甲基蓝样品，色谱柱填充物高度与直径分别为6cm和1cm时，分离效果明显，分离时间最短，使用溶剂量最少。

2.4选择绿色氧化剂

己二酸的制备在有机化学实验中是一个基础实验，己二酸是生产尼龙-6，6的单体，常利用硝酸作为氧化剂，但会释放出大量氮氧化物有毒气体，设计己二酸的绿色合成方法时，用过氧化氢代替硝酸作为氧化剂，副产物是水。过氧化氢被认为是一种绿色氧化剂。

2.5实验内容综合化、实验项目连续化

传统的实验教材把有机实验分成三大部分:基本操作技术、有机化合物制备、有机化合物性质。以3个独立层次进行实验。这种设置内容单一，各单元实验没有联系，为训练某一单元操作或验证某一性质往往消耗大量药品，不利于环保意识和实验能力的培养，学生做实验很被动。现在我们以制备实验为主干线，将教学大纲中要求的单元操作实验、性质实验、产品的鉴定内容都综合在制备实验中，即实验内容综合化，如乙酰乙酸乙酯的制备综合了下面内容:①制备(包含回流、隔绝潮气的回流、萃取、干燥、常压蒸馏、减压蒸馏操作)，②产品纯度、结构鉴定(沸点、折光率、气相色谱、红外光谱)，③产品性质鉴定(三氯化铁试验、溴的四氯化碳试验、2、4-二硝基苯肼试验等)。

另一方面，将各制备实验尽量联系起来，实现实验项目连续化，即把前一个实验的产品作为后一个实验的原料。如:苯硝基苯苯胺乙酰苯胺对氨基苯磺酰胺，这样的连续实验，每一步实验产品都没有浪费，解决了以前总是把学生实验得到的产品长期放置引起污染环境的问题，节约了原料，减少了污染，同时，由于每一步的产品及纯度都关系到下一步实验能否正常进行，因而就对学生提出了更高的要求.迫使学生必须认真对待实验的每一个环节，充分调动了学生实验积极性。

3加强学生绿色化学意识

有机化学实验教学不仅培养学生的基本化学实验技能，同时要把绿色化学思想融于实验教学之中，让学生了解绿色化学，树立起绿色意识，在他们以后的工作中，具有从事绿色化学研究与开发的能力。因此，我们十分重视实验的预习工作，提前把开设的所有实验项目告知学生，让他们心中有数，实验预习报告中增加废弃物处理一项，每次实验前用20～30min时间向学生提问，该实验会产生哪些废物(废水、废气、废渣)?如何处理?学生通过已学的有机化学的理论知识和后面要开设的实验，能提出一些解决办法。如正溴丁烷的制备实验中产生的溴化氢气体，教材上提示用烯碱吸收，而学生提出用以前收集的废碱液吸收，或用水吸收后再用废碱中和到国家规定的排放标准，既回收了本次实验的废气，又处理了以前的废碱液，一举两得。大部分实验都有萃取或重结晶操作，产生的废溶剂如乙醇、乙酸乙酯、石油醚、四氯化碳等都进行提纯后用于后面的实验。如乙醇可反复用于从茶叶中提取咖啡因、柱色谱分离、无水乙醇制备、乙酰水杨酸、三苯甲醇提纯等，通过教师引导，学生都养成了习惯，不轻易向环境排放化学废物，回收、处理、循环使用化学物质成为他们自觉的行动。

4实验过程中贯穿节约思想

实验过程中注意节水、节电，也间接体现了绿色化学的思想，因为水电生产过程中无一不包括化学过程，产生污染，节约了水电，相当于减少了水电生产过程中产生的污染。学生回流蒸馏时，往往不放心，把冷凝水开得很大，要求学生根据物质的沸点选用合适长度的冷凝管，相对两组冷凝水串连并将冷凝水开到最小，这样每次实验用水量只有原来的三分之一。

实验过程中，尽量减少学生重取药品，重做实验。有机制备实验和其他实验不同，原料相同，用量相同，反应条件相同，却往往实验现象不同。如乙酸正丁酯制备实验中，部分同学在实验刚开始反应时，反应体系呈粉红、紫色或黄色，有的同学担心得不到产品，要求重做，教师耐心向学生解释，合成实验涉及很多单元操作，能否成功取决于每一步操作。如原料混合是否充分?加热是否均匀?萃取分离是否完全?干燥是否彻底?都会影响实验结果，开始现象不对，不一定结果比其他同学差。通过老师引导，实践体验，学生学会了自觉分析实验中的异常现象，想办法弥补某些操作失误，尽量得到较好的结果，这比他们顺利做完一个实验收获大得多，同时也避免了学生重做，造成药品浪费，水电浪费，实验时间拉长。

5结语

在有机化学实验教学中，贯彻绿色化学教学思想，有很多工作要做，如新实验技术的引进，实验内容的更新，对环境友好的化学试剂和反应的选用，实验的微型化、系列化等。只有在实验教学中，从点滴入手，自始至终做到统筹兼顾、适当安排、合理利用，不断研究、发现和探索，才能消除或减少实验产生的环境污染。同时，更重要的是引导学生建立生态文明意识，建立对环境维护、对人类可持续发展的高度责任心，为国家培养具有绿色化学意识和绿色化学技术的高级人才，这样才能从根本上切断污染源。保持社会持续稳定和发展。