工科高校有機化學實驗的綠色化教學

孟令強 楊紹娟 劉雪凌 于翠 周學才

【摘 ?要】介紹在有機化學實驗教學中注重綠色化學的觀念，改進實驗技術，促進有機化學實驗的綠色化改革，使學生的實驗操作技能得到鍛煉和提高。

【關鍵詞】有機化學實驗綠色化 ?教學 ? 工科高校

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）02C-0147-02

保護環境、實現可持續發展已成為全社會的共識，環境保護需要綠色化學，綠色化學成為了當今化學與化工領域的熱點和重要科技前沿。人們提出了綠色化學的“5R”原則：Reduction，減量，即減少“三廢”排放;Reuse，重復利用，諸如化學工業過程中的催化劑、載體等;Recycling，可實現“省資源、減成本”的要求;Regeneration，即變廢為寶、節省資源、減少污染的有效途徑;Rejection，即對一些無法替代，又無法回收，有毒副作用及污染作用明顯的原料，拒絕在化學過程中使用。

培養和造就具有綠色化學思想觀念，并掌握綠色化學理論、方法、技術的具有創新精神和實踐能力的新一代大學生，應成為高校人才培養的目標，綠色化學教育已經受到有關高校的重視。有機化學實驗是高校化學、化工、制藥等專業的基礎課程，是學生驗證理論、提高技能、鍛煉科研能力的重要途徑，但有機化學實驗會產生三廢，對環境造成危害，還會損害師生的健康。以下對工科高校有機化學實驗綠色化教學進行了探究。

一、教學內容

首先合理選擇實驗內容，然后重排實驗順序，達到了培養學生相應實驗技能的目的，更彰顯了綠色化學的思想理念。例如把“從茶葉中提取咖啡因”等綠色化實驗引入到教學中。其次設計新的合成路線，改變原料、溶劑、試劑、催化劑等，從源頭上實現綠色化。例如“合成己二酸”實驗，傳統方法中使用濃HNO3作氧化劑會產生有毒的氮的氧化物氣體，用KMnO4作為氧化劑會產生MnO2沉淀，影響反應收率，后處理繁瑣，而且兩個反應劇烈難控制。我們采用環己烯為底物，以過氧化氫為氧化劑，磷鎢雜多酸為催化劑，反應條件溫和，沒有有毒氣體的排放，催化劑可回收，后處理簡單，產率也有所提高。再次，對有些危害較小的反應，對裝置等進行了改進，例如在1-溴丁烷的制備中會產生溴化氫，易揮發，可用水吸收或用氣袋封口。

二、教學模式

（一）半微量和微量實驗

學校根據現有條件將部分實驗改為半微量和微量實驗，因為有機試劑儲存存在安全隱患，還存在試劑揮發而引起的環境污染和資金浪費等問題。對此，我們在保證實驗教學效果的基礎上，使藥品用量由常量向微量發展。不但達到了實驗教學的目的，更節省了時間和實驗藥品，使學生的實驗技能提高，同時減少了試劑的損失和污染物的排放，培養了學生嚴謹認真的作風，使學生理解少量、半微量實驗的意義，逐步樹立綠色化學和環保意識。

（二）輔助教學手段

傳統的實驗教學方式使得學生在實驗時并不能主動地深入思考，限制了課堂活動范圍，所以應增設輔助實驗教學手段，并加大老師與學生們的互動環節，激發學習動力。因此，對于毒性大、反應條件苛刻、反應時間長的實驗，尤其是特殊的反應，如低壓催化氫化反應、高溫高壓實驗、無水無氧反應等，可用多媒體教學或者觀看教學影像等輔助手段來代替，既讓學生學到了知識，又符合綠色化的要求。

（三）設計連續性實驗、綜合性實驗和課外化學創新實驗

首先，設計連續性實驗和綜合性實驗。 現行有機化學實驗課程的設置缺乏“綠色化”的原則，是“孤立型”實驗，缺乏連貫性。鑒于此，我校較為合理地調整了實驗項目和實驗順序，盡量使用具有綠色化學理念的實驗項目。例如把溴乙烷的制備與2-甲基-2-丁醇及乙苯的制備聯系起來，用制得的溴乙烷制備2-甲基-2-丁醇和乙苯。這種方法既可以使學生對每一個實驗都能認真操作，培養嚴謹的科學態度，養成學生節約的良好習慣，更重要的是體現了綠色化學教育的思想。

其次，開展課外化學創新實驗。老師應注重培養學生的創新思維，嚴格要求學生認真查閱相關資料，對實驗藥品的物理常數、毒性、污染機理、污染物的防治等多加了解，并設計出合理的實驗方案，然后組織學生討論，老師審查方案的合理性。

三、教學思維

首先，要求教師自身有綠色化思想，有環保意識，有責任意識，了解各種廢棄物排放的標準，能夠對實驗室排放的廢水、廢氣、廢渣進行控制和治理。

其次，提倡綠色化學教學，在實驗教學中貫徹綠色化教學思想。不僅要讓學生知道物質的性質和化學反應方程式這些基本的化學知識，還要讓他們知道這些物質在本質上對環境有何影響，如何正確防止危害，如何減少廢棄物的排放和有毒物質的生成，（下轉第162頁）（上接第147頁）甚至如何提高原子使用率。

四、“三廢”規章制度

首先，對廢氣、廢渣、使用過的溶劑等分類進行回收。實驗室廢氣，可用帶有廢氣處理的通風櫥處理，或用水或堿液等進行吸收。溶劑的用量必須保證回收利用率，個別不能循環利用的要進行收集并做集中處理。用量較大的溶劑可采取純化處理后回收再利用。例如，“從茶葉中提取咖啡因”需要用到很多工業酒精做溶劑，應該考慮工業酒精重復再利用， 同時回收的酒精下一批次實驗能繼續使用，以好的產品和酒精的回收率作為此實驗的評分標準。固體原料一律回收。可以回收利用的固體要進行回收，如柱色譜實驗中的氧化鋁，用后洗凈回收，活化后再用。不能進行綜合利用的固體產物要先回收再進行無毒化處理，倒入指定地點;有毒廢渣要放入廢物瓶中，與水泥混合，固化以后深埋于指定地下。

其次，在實驗班級中建立流動值日小組，負責當次的衛生值日，還要利用課余時間對回收的廢液、廢渣進行處理，處理的方法、步驟、效果作為實驗考核平時成績的一部分。不但處理了“三廢”，也增強了學生的環保意識和責任心。

由此可見，綠色化學是一種具有實用價值的創造性思想，是有機化學科學基礎內容的改革和更新。通過對工科高校有機化學實驗綠色化教學改革的嘗試，綜合教學形式、內容、管理和規章制度等的探索，提高了學生的實驗操作技能，同時使實驗過程更加綠色化。我們從一點一滴入手，不斷探究綠色化的教學模式、教學方法、教學內容，強化綠色化教育和環保意識，從根本上杜絕污染源，逐步實現高校有機化學實驗教學的綠色化。

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（責編 丁 ?夢）