淺談物理化學原理在藥學有機化學實驗中的應用

張 鑫，張光輝，沈 霞，趙忠孝

(陜西中醫學院藥學院，陜西咸陽 712000)

淺談物理化學原理在藥學有機化學實驗中的應用

張 鑫，張光輝，沈 霞，趙忠孝

(陜西中醫學院藥學院，陜西咸陽 712000)

分析了物理化學知識在藥學有機化學實驗中的應用，包括有機化合物基本常數的測定和基本技能操作，通過理論知識與實踐操作之間的相互影響提高學生實驗操作技能。

物理化學原理;有機基礎實驗;學生;操作技能

物理化學是高等學校藥學專業開設的四大基礎化學課之一，學生在學習了無機化學、分析化學、有機化學的理論和實驗之后，進行這門課程的系統學習[1]。物理化學的任務是以物理原理和技術為基礎，研究體系中物質的化學性質和行為，以及發現并建立化學體系中特殊規律[2]。物理化學除了為藥學專業課藥劑學、藥物化學、藥代動力學等課程提供理論和方法指導外[3]，還對其他化學實驗具有理論指導作用。

有機化學實驗中的基本技能操作涉及的原理與物理化學的一些理論知識有著密切的聯系，而有機實驗的進行往往先于物理化學課程的學習，即學生在沒有學習這些理論知識和原理以前就先進行實踐，這就給學生在理解實驗原理時帶來一定的困難，進而對實驗效果產生一定的影響。因此，本文擬就如何把握物理化學原理對有機化學基礎技能操作實驗的指導、以及理論知識與實踐操作二者之間的相互影響對提高藥學學生有機化學基礎操作技能等方面進行分析。

1 有機化合物一些基本常數的測定

表1列出了有機化學實驗中物質基本常數測定的類型和所需主要儀器等[4，5]。

表1 有機化合物一些物理常數的測定方法和主要儀器

熔點和沸點測定的原理都基于物質受熱時溫度和物質蒸氣壓之間的關系，涉及的都是物理化學中的相平衡知識。在具體實驗時，學生在理解原理的基礎上重在學會觀察實驗現象，比如用Thiele管測定苯甲酸的熔點，關鍵在于觀察毛細管中樣品從塌陷到液滴出現再到最后全熔的過程，以及記錄對應的溫度[5]。

折光率是基于光從一種介質進入另一種介質因其傳播速度不同而在界面上發生折射[4]，通過折光儀測定具體物質的折光率;旋光度是由于某些有機物是手性分子，能使偏光振動平面發生偏轉[5]，其具體測定也是借助于旋光儀進行。學生在測定這兩個常數時只要細心，按規定步驟進行操作，學會使用儀器，都能通過實驗掌握具體操作過程。由于這兩個常數的測定都是借助于儀器完成的，類似物理化學實驗，現在一些醫藥院校將其納入物理化學實驗中，這樣學生通過物理化學理論的學習后，具備了一定的理論基礎，更易掌握該實驗的操作。

2 基本技能操作——分離純化技術

在基本操作中分離提純有機物是有機化學實驗教學的重點，包括液態有機化合物和固態有機化合物的分離與提純。對藥學專業的學生而言掌握此類實驗操作能為以后從天然中草藥中提取和分離有效成分、藥物化學實驗、中藥炮制等奠定重要的技術基礎[6]。

2.1 固態有機物的分離和提純

重結晶是基于被提純物質及雜質在溶劑中溶解度不同，讓雜質全部或大部分留在溶液中(或被過濾除去)而進行分離純化[4]。比如苯甲酸的重結晶，為了減小苯甲酸在熱溶液中的溶解損失，要采取熱過濾，這一點是與無機實驗中的重結晶不同的。因此學生在懂得重結晶技術的基礎上要有區別的對待具體實驗，這樣方可提高實驗的效率。

升華法是利用固體混合物中被純化物質與其它物質(或雜質)具有不同的蒸氣壓，例如采用升華法從茶葉中提取咖啡因，就是利用茶葉中咖啡因等生物堿的蒸氣壓較其它物質的高些，受熱時易揮發而冷卻時又易凝結從而達到分離純化的目的[4]。此法適用于純化在熔點溫度以下蒸氣壓較高(高于20mmHg)的固體物質[5]。

2.2 液態有機物的分離和純化

將液態物質加熱到沸騰變為蒸氣、再將蒸氣冷凝為液體的聯合操作即蒸餾[4]，主要包括常壓蒸餾、減壓蒸餾、分餾、水蒸氣蒸餾。這些不同的操作在原理上基本依據液態物質受熱時蒸氣壓與溫度的關系、拉烏爾定律、道爾頓分壓等物理化學知識[7]。表2列出了幾種蒸餾技術的特點和應用。

表2 幾種蒸餾技術的特點和應用[4，5]

運用蒸餾法分離提純具體物質時，學生首先要認真預習，必要時查閱該物質的一些物理常數，如沸點、蒸氣壓、溶解性等，并認真聽取教師對原理的講解，以確定具體用哪種蒸餾方法對該物質進行分離提純。

2.3 其他分離純化操作

萃取操作主要依據分配定律，有機物在兩種互不相溶的溶劑中溶解度或分配系數不同，將其從一種溶劑轉移到另一種溶劑中的分離提取技術[4]。對于學生而言要學會經典的萃取操作如液-液萃取，如采用有機溶劑將水層中的有機物轉移至有機層;液-固萃取，用索氏提取器進行連續多次萃取以將固體中所需成分提取出，如茶葉中咖啡堿的提取[5]。藥學領域中萃取技術有著更廣泛的發展和應用，如超臨界萃取可以提取中草藥生物堿、香豆素等的有效成分，此外還有超聲波萃取、微波萃取等[4，5]，只有掌握基本萃取技術才能為以后這些復雜萃取提供技術參考。

色譜法是一種物理分離方法，以相分配原理為基礎，通過混合物在互不相溶且做相對運動的兩相中的分配不同或在固定相上的分配能力不同，從而達到分離。目前在學生有機實驗中主要涉及柱色譜、紙色譜和薄層色譜，此處學生重在掌握實驗的要領和操作過程，對于具體物質選擇對應的色譜法進行分離。

3 理論原理與實踐操作的相互轉換

盡管有機基礎實驗的原理涉及的物理化學知識學生尚未學到，然而對學生首先是獲取感性知識，即會用這些原理的一些結論進行實驗，并順利完成，掌握實驗的過程和關鍵才是最重要的;另一方面通過實驗，學生反過來對原理又有了更深層次的理解，通過實踐使自己對理論知識的理解更進一步，這樣也為以后學習物理化學的相關知識奠定了一些基礎，使感性知識能有機轉化為理性知識。

[1]李曉飛，仝 艷，楊懷霞.藥學類高校物理化學課程的定位思考[J].中國西部科技，2011，10(19):86-87.

[2]徐 飛，劉幸平，陳 軍，等.藥學專業中物理化學實驗課件的制作及應用[J].廣東化工，2010，37(11):178.

[3]馬愛青.淺談藥學專業《物理化學》教學中的幾點體會[J].廣東醫學院學報，2011，29(1):116-117.

[4]彭 松，林 輝.有機化學實驗[M].北京:中國中醫藥出版社，2010.

[5]吉卯祉，梁久來，黃家衛.有機化學實驗[M].北京:科學出版社，2009.

[6]鐘俊輝.加強基本功訓練夯實有機化學實驗基礎[J].右江民族醫學院學報，2009，31(6):1087-1088.

[7]傅獻彩，沈文霞，姚天揚.物理化學(第四版)[M].北京:高等教育出版社，2002.

G642.423

A

1006-2769(2012)02-0352-02

2011-12-15

2011年陜西省教育廳課題(11JK0689)

張 鑫(1978-)，女(漢族)，陜西咸陽人，實驗師，碩士，主要從事有機化學實驗教學。