劉 超,王紅艷,王 聰,耿 濤

宿州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,安徽宿州,234000

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水相合成法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索與實(shí)踐

劉 超,王紅艷,王 聰,耿 濤

宿州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,安徽宿州,234000

結(jié)合有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及對(duì)水相合成法特點(diǎn)的分析，總結(jié)了水相合成法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，探討將其應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性。以水相合成N,N′-二對(duì)甲苯基乙二亞胺在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用為例，說(shuō)明將水相合成法應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的科學(xué)性和實(shí)際操作性，并可以有效地降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本、豐富教師的教學(xué)內(nèi)容和模式、完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新思維，在減少環(huán)境污染、促進(jìn)綠色化學(xué)發(fā)展等方面都具有重要意義。

水相合成；有機(jī)化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；探索；實(shí)踐

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門獨(dú)立的實(shí)踐教學(xué)課程，是化學(xué)和化工等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力等方面起到非常重要的作用[1-2]。目前，各高校所用的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材及開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)固定，所采用的實(shí)驗(yàn)合成技術(shù)也比較傳統(tǒng)和單一，這與當(dāng)今高速發(fā)展的化學(xué)產(chǎn)業(yè)極不相稱，也很難適應(yīng)現(xiàn)代教育發(fā)展所提倡的高素質(zhì)和多技能的人才培養(yǎng)目標(biāo)[3-4]。

水相合成法是近些年科研上較為常用的一種合成方法[5]，但目前在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用卻較少見(jiàn)，將水相合成技術(shù)引入到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，可更好地適應(yīng)教學(xué)發(fā)展和對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)的需要。通過(guò)水相合成法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和專業(yè)知識(shí)水平，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生綠色化學(xué)理念的建立，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化學(xué)產(chǎn)業(yè)的需求。

1 水相合成法的特點(diǎn)

水相合成法以水為主要反應(yīng)溶劑，是一種行之有效的有機(jī)合成方法，目前在化工生產(chǎn)和科學(xué)研究等方面有著重要應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)的合成技術(shù)，它具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

1.1 原料價(jià)廉易得

水是一種最為常見(jiàn)的溶劑，在自然界中廣泛存在。傳統(tǒng)有機(jī)合成技術(shù)所使用的溶劑大多為有機(jī)物質(zhì)，均要經(jīng)過(guò)生產(chǎn)和提純等多道復(fù)雜工序，在人力和財(cái)力上需要有較大投入。蒸餾水、二次蒸餾水是水相合成法常用的反應(yīng)溶劑，可通過(guò)普通的蒸餾水制備裝置隨時(shí)大量生產(chǎn)，價(jià)格低廉、極易獲取，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 技術(shù)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)

水相合成法適用范圍較廣，可以應(yīng)用于多種有機(jī)反應(yīng)，而且技術(shù)較為簡(jiǎn)單，不需要繁瑣復(fù)雜的技術(shù)手段。選用水相合成法的標(biāo)準(zhǔn)主要考慮以下三個(gè)方面：反應(yīng)物的溶解性、反應(yīng)條件的控制和產(chǎn)物的分離提純。首先，反應(yīng)物在水相中要有一定的溶解性，以利于反應(yīng)分子之間的接觸和碰撞，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行；其次，反應(yīng)體系的溫度控制一般不超過(guò)水的沸點(diǎn)，不需要高溫高壓反應(yīng)時(shí)所需要的精細(xì)設(shè)備和復(fù)雜要求；最后，多數(shù)有機(jī)產(chǎn)物在水相中難以溶解，可以根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，采用抽濾、傾倒母液等簡(jiǎn)易方式加以提純。與傳統(tǒng)的合成技術(shù)相比，水相合成法操作簡(jiǎn)單，更易實(shí)現(xiàn)。

1.3 對(duì)環(huán)境無(wú)污染

在傳統(tǒng)的有機(jī)合成中，醇類、苯類和醚類等有機(jī)溶劑被大量使用，這些有機(jī)物質(zhì)的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程會(huì)直接污染周邊環(huán)境，對(duì)水源、土壤和動(dòng)植物等造成了極為嚴(yán)重的威脅，有些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)惡化到了令人觸目驚心的地步。水相合成法具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不僅可以優(yōu)化反應(yīng)路徑和合成效率，而且可以最大限度地解決由于溶劑使用而導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題，有效促進(jìn)了化學(xué)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

2 水相合成法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的優(yōu)越性

2.1 有利于學(xué)生環(huán)保意識(shí)的建立

目前，各類資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)、能源的浪費(fèi)、有害化學(xué)物質(zhì)的無(wú)序排放已導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，而這些問(wèn)題與化學(xué)產(chǎn)業(yè)直接或間接相關(guān)。面對(duì)這種現(xiàn)狀，提倡綠色化學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)刻不容緩的任務(wù)。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)的有效平臺(tái)，可以在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課開(kāi)設(shè)時(shí)增加水相合成方面的知識(shí)和內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中向?qū)W生宣傳“綠色化學(xué)”觀念，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展理念。通過(guò)水相合成技術(shù)將綠色化學(xué)理念貫穿到整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，積極引導(dǎo)學(xué)生了解水相合成法的優(yōu)越性，培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念，進(jìn)而加快學(xué)生環(huán)保意識(shí)和環(huán)保責(zé)任的建立，切實(shí)做到人與環(huán)境的和諧發(fā)展。

2.2 有利于學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的改善

目前，學(xué)生實(shí)驗(yàn)最常用的是有機(jī)溶劑合成法，對(duì)這種方法學(xué)生已經(jīng)司空見(jiàn)慣，久而久之就會(huì)形成慣性思維，不利于新方法和新技能的開(kāi)拓和掌握。在這種模式的長(zhǎng)期熏陶下，學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)水平不會(huì)有大幅度的提高，知識(shí)結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新思維得不到全面改善。

在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃中適當(dāng)增加水相合成方面的內(nèi)容，將有效填補(bǔ)上述不足和欠缺，極大地豐富和完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系。由于接觸到新知識(shí)和新技能，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力會(huì)被充分調(diào)動(dòng)起來(lái)，進(jìn)而形成一種良性的互動(dòng)關(guān)系，這對(duì)于改善學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和提高實(shí)驗(yàn)水平也將發(fā)揮重要的作用。

2.3 有利于豐富教師的教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，新技術(shù)新方法層出不窮，為適應(yīng)現(xiàn)代化學(xué)教育的需要，有必要對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容進(jìn)行更新和補(bǔ)充，進(jìn)而豐富教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法。目前，各高校的有機(jī)實(shí)驗(yàn)教材上很少有采用水相合成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師的教學(xué)思路和手段比較單一，教學(xué)內(nèi)容和方法得不到及時(shí)有效的拓展，學(xué)生很難充分學(xué)到實(shí)用的合成技術(shù)，最終造成實(shí)驗(yàn)技術(shù)單一、學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)、與現(xiàn)代化學(xué)教育脫節(jié)等不利現(xiàn)象。教師只有在實(shí)踐中不斷更新自己的教學(xué)理念，采用新方法和新技能，及時(shí)充實(shí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和體系，才能切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2.4 有利于節(jié)省實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本

化學(xué)試劑種類多和用量大是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的典型特點(diǎn)，作為易耗品的化學(xué)試劑具有消耗性和低回收性等特點(diǎn)，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不菲的教學(xué)成本。因此，在制定教學(xué)計(jì)劃之初，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化和選擇，將教學(xué)效果好且符合教學(xué)大綱要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排到教學(xué)計(jì)劃中。除此之外，還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行改革和完善，將用量大、成本高的試劑替換為價(jià)廉易得的溶劑，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本降低下來(lái)。水相合成法采用廉價(jià)的水作為溶劑，原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，可以在保證教學(xué)效果的同時(shí)有效降低教學(xué)成本。水相合成實(shí)驗(yàn)所節(jié)省的經(jīng)費(fèi)雖對(duì)整個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)支出影響不大，但把成本節(jié)約意識(shí)推廣到其他各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去，滲入到教學(xué)和管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，做到精打細(xì)算、科學(xué)使用和開(kāi)源節(jié)流，學(xué)校實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的使用將會(huì)更加科學(xué)化和規(guī)范化。

3 水相合成法用于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的可行性

與無(wú)水無(wú)氧技術(shù)、微波技術(shù)和無(wú)溶劑技術(shù)等不同，水相合成技術(shù)不需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)條件，只需要在常規(guī)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中即可進(jìn)行，儀器設(shè)備可采用有機(jī)實(shí)驗(yàn)室中廣泛使用的磨口玻璃儀器和磁力加熱設(shè)備。目前，各高校都加大了對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和支持力度，實(shí)驗(yàn)室的軟硬件資源得到了有效的充實(shí)和補(bǔ)充，實(shí)驗(yàn)條件獲得了實(shí)質(zhì)性的改善，有效彌補(bǔ)了以往實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和設(shè)備不足的缺陷，從而為在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)設(shè)水相合成實(shí)驗(yàn)提供了方便之門。

現(xiàn)在所采用的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，合成類實(shí)驗(yàn)基本上都是在有機(jī)反應(yīng)體系中進(jìn)行，有關(guān)水相合成的實(shí)驗(yàn)實(shí)例非常稀少，這為在本科教學(xué)階段增設(shè)水相合成實(shí)驗(yàn)提供了機(jī)遇和平臺(tái)。各高?？梢猿浞掷米陨碣Y源和教學(xué)研究成果，組織相關(guān)教師自行編寫有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材或講義，選用幾個(gè)典型的水相合成實(shí)驗(yàn)充實(shí)有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，豐富有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容。

課堂教學(xué)上，教師可以通過(guò)教學(xué)方法和手段的綜合運(yùn)用，針對(duì)具體事例進(jìn)行講解，使學(xué)生在了解傳統(tǒng)合成技術(shù)的同時(shí)，深刻領(lǐng)悟水相合成法的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)；另外，教師可以將水相合成法與傳統(tǒng)合成方法進(jìn)行比較，使授課內(nèi)容更加豐富，教學(xué)手段更加多樣。在此背景下，學(xué)生的思路和領(lǐng)悟能力將逐漸得到展開(kāi)，在潛移默化中提升自己的接受能力和理解力，達(dá)到事半功倍的效果。

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.04.036

2014-12-18

安徽省教育廳專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目“應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”(2014zy073)；安徽省教育廳校企合作實(shí)踐教育基地項(xiàng)目“師范生培育綜合實(shí)踐教育基地”(2013sjjd028)；安徽省教育廳教研項(xiàng)目“‘工程教育背景’下，化學(xué)工程與工藝本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的問(wèn)題與對(duì)策”(2012jyxm546)；安徽省教育廳教研項(xiàng)目“產(chǎn)學(xué)研一體化模式下應(yīng)用型本科高?；瘜W(xué)化工類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建”(2014jyxm383)；宿州學(xué)院教研項(xiàng)目“應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐”(szxyjyxm201225)。

劉超(1977-)，安徽懷寧人，碩士，講師，主要研究方向：有機(jī)合成和金屬有機(jī)化學(xué)。

G642.0

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1673-2006(2015)04-0125-03