有機化學實驗教學綠色化改革與實施探究

崇輝

摘? 要 綠色化學作為可以從源頭上避免環(huán)境污染的新興手段，為了幫助高校內的有機化學實驗更加綠色環(huán)保化，就實驗內容確定、實驗催化劑使用、實驗廢棄物的回收等方面進行較深的研究分析，最大限度地減少有機化學實驗對自然環(huán)境的污染，提高學生的環(huán)保意識。

關鍵詞 有機化學;實驗教學;綠色化學;教學改革;實驗室

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）01-0100-02

1 前言

有機化學實驗是應用化學、化工、輕化工程、生物科學、食品科學、材料化學、動物科學、水產品水產養(yǎng)殖等理工科專業(yè)的一門重要基礎課，也是培養(yǎng)學生科學思維能力、實踐操作能力和科研創(chuàng)新能力的重要組成部分之一。隨著環(huán)境污染加劇，人們的環(huán)境保護意識開始增強。當前，實驗教學中的污染問題越來越嚴重。在有機實驗教學中，很多廢液、廢氣、廢渣未經處理直接排放，不僅污染環(huán)境，造成嚴重的危害，也造成嚴重的資源浪費。如何減少排放和污染，實現(xiàn)有機實驗教學綠色化改革，是全國高校亟待解決的問題。因此，對綠色環(huán)保化學實驗教學進行探索。

2 有機化學實驗教學綠色化改革的意義

降低或避免化學實驗用品對環(huán)境的污染? 化學反應中的催化劑、化學產物、溶劑都會導致環(huán)境受到不可挽回的污染，嚴重的甚至會威脅到人類的生命安全。綠色化學的目的是盡力保證將化學實驗中的污染扼殺在實驗源頭，保證實驗以及生產過程的綠色環(huán)保。綠色化學也被有關專家定義為從根本上解決環(huán)境化工污染的主要手段。隨著人們環(huán)保的意識不斷提高，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，保護人類賴以生存的環(huán)境已經成為全社會的統(tǒng)一共識，化學實驗的綠色化在未來也有良好的應用前景[1]。

有機綠色化學實驗教學改革的作用? 在我國高校內開展有機化學綠色實驗教學改革是一個新的環(huán)節(jié)和創(chuàng)新階段。在特定的操作過程中，有毒化學品會產生巨大的毒性，會擴散到空氣中，并對自然環(huán)境造成嚴重的危害，如廢氣、廢液會造成一系列的環(huán)境污染問題。因此，在實驗過程中須對有毒試劑進行綠色改進，有效地實施綠色教學模式改革，以促進學生操作技能的全面提升。

3 有機化學實驗綠色化教學改革的主要方法

改變實驗內容? 近年來，有關專業(yè)人士對傳統(tǒng)化學實驗苯甲酸乙酯合成進行了深入研究討論，提高實驗中反應率最常用的方法就是將反應過程中的水分降到最低。如在反應過程中加入適量的苯，目的是讓苯、水、醇反應形成一種恒沸物，吸收反應過程中不斷生成的水分。但苯是致癌物質，并且難以進行下一步的代謝，長期使用會嚴重影響實驗者健康，對于回收工作來說也有一定難度。相關科研人士遵循我國綠色有機化學的標準，先后嘗試使用環(huán)己烷、乙酸乙酯等試劑來替代苯在甲酸乙酯實驗中的作用。

環(huán)己烷的毒性明顯低于苯，因此是酯化反應中常見的帶水試劑。環(huán)己烷與水、乙醇反應得出的共沸物，會以蒸汽的形式從反應瓶中散發(fā)出來，通過冷凝管進入分水器中，通過肉眼觀察，會發(fā)現(xiàn)冷凝后的液體被分為三個部分，其中環(huán)己烷占比最多，水含量占比最少。環(huán)己烷在作為帶水劑時，通常不能完全反應，反應瓶底通常會殘留未發(fā)生反應的試劑，對比可以得出環(huán)己烷反應產率略低于苯。但是可以通過改變反應物與帶水劑之間的比例，有效地降低反應后水的產量，從而降低損失。分析得出，當環(huán)己烷、苯甲酸、乙醇三者的摩爾比例達到2.2：1.0：5.0時，反應效果最好。

乙酸乙酯的共沸物中的水分含量要高于苯，因此是極為理想的綠色環(huán)保實驗溶劑。乙酸乙酯的反應溫度直接影響到酯的回收率，當溫度為75 ℃時，酯回收率值最大;反應過程中溫度過低或過高，都對酯回收率有較大的影響。雖然乙酸乙酯替代苯作為帶水劑是極為理想的，但是由于其反應過程對溫度要求極為嚴格，而酯化反應屬于一種放熱反應，因此很難使用傳統(tǒng)的實驗器械進行溫度控制，實驗室需采購更為先進的實驗設施，使用較為復雜的實驗器械，給實驗人員帶來較多的麻煩，所以使用乙酸乙酯替代傳統(tǒng)的苯作為帶水劑的方法在目前很難得到推廣 [2]。

分析上面兩組實驗，可以得出使用環(huán)己烷替代苯作為帶水劑是可行的方案，通過對環(huán)己烷、苯甲酸、乙醇三者之間的摩爾比例進行調整，從而達到較好的化學實驗效果。使用環(huán)己烷作為帶水劑，既能達到實驗效果，還可以踐行綠色化學的理念，減輕實驗所導致的環(huán)境污染，并且實驗效果更為明顯，因此值得推廣使用。

微量、半微量實驗以及實驗產品的循環(huán)利用? 在保證得到實驗結論的前提下，最大限度地控制化學試劑使用量的實驗稱為微量或半微量實驗。微量以及半微量實驗具有節(jié)約化學材料、減少污染、反應時間短的優(yōu)點，因此受到相關專業(yè)人士的青睞。化學實驗試劑用量的微量、半微量方法逐漸在化學實驗領域得到推廣。

環(huán)乙醇通過酸進行催化反應脫水后可得到環(huán)乙烯，雖然該種酸的獲取較為方便簡單，但是其所帶來的環(huán)境污染難以解決。通過使用微量實驗的方法，對酸的劑量進行調整，可讓化學實驗中酸廢液對環(huán)境的影響降到最低。如將原料使用量縮小三分之二，整個反應時間也將縮短。

由于實驗室中合成試劑長時間得不到利用，會導致實驗室中的藥品長時間積累，從而帶來一定的安全隱患，不符合我國綠色化學實驗的要求。為了實現(xiàn)節(jié)約資源、減輕污染、減少廢棄物的標準，將獨立的化學實驗相互連接起來，把反應得到的產物作為另一個化學實驗的反應物，從而實現(xiàn)實驗產品循環(huán)利用的目的，避免過多儲藏化學藥品帶來環(huán)境污染，可以很大程度上保證化學實驗的環(huán)保性[3]。

【案例】苯甲酸乙酯的合成實驗由三個互不相干的實驗構成，其反應式如圖1所示。

步驟一，以苯甲醛為原料，通過歧化反應生成的苯甲醛酸和苯甲醇是兩種實驗產物;

步驟二，步驟一中的產物苯甲醇被高錳酸鉀氧化成苯甲酸;

步驟三，步驟一和步驟二中獲得的苯甲酸組合并用作原料，以及乙醇酯化得到苯甲酸乙酯。

實驗中含有Cannizzaro反應、氧化反應和酯化反應有三種類型。

使用先進環(huán)保的實驗技術? 當下利用超聲波、微波等先進的實驗裝置可以有效地提高化學實驗的環(huán)保性，可以將先進的環(huán)保技術應用到苯甲酸合成的實驗中。傳統(tǒng)的化學反應大多數(shù)是利用火焰加熱的方法，早些年我國就開始將微波技術應用到苯甲酸的化學實驗中，并且獲得較好的教學反響。微波技術相對其他手段來說操作更加簡單、更加省時、更加綠色環(huán)保，因此受到相關人士的喜愛。在微波反應的過程中不需要加入其他的催化劑促使反應，解決了化學藥品大量消耗的問題。

微波技術被應用于實際教學中，不但可以幫助學生直接對新型綠色環(huán)保化學實驗進行了解，還可以激發(fā)學生對綠色化學的求知欲，幫助學生在日后的學習中擁有創(chuàng)新思維。

4 結語

綜上所述，加強我國高校學生的環(huán)保意識已然成為人才培養(yǎng)的重要任務，學習并掌握綠色化學方法進行化學操作，可以很大程度上避免化工污染危害環(huán)境的情況出現(xiàn)。在綠色化實驗教學中不僅要讓學生掌握基本的單元操作，更要關注學生對綠色環(huán)保觀念的理解，指導學生將傳統(tǒng)的化學實驗結合所掌握的綠色實驗知識改良為更加環(huán)保的研究實驗。

參考文獻

[1]王紅，劉秋平，王海濱，等.有機化學實驗教學綠色化改革的研究與實施[J].實驗室研究與探索，2019，38（7）：139-144.

[2]關金濤，張海燕，杜傳青，等.綠色化有機化學實驗教學模式實施與探討[J].武漢輕工大學學報，2017，36（3）：108-110.

[3]秦麗婷，秦玉珠，李岳姝，等.基于綠色化教學的高校有機化學實驗教學改革[J].高師理科學刊，2016，36（3）：96-98.