趙儉波　馬小燕　夏旭東　姜建輝

【摘 要】以綠色化學理念指導有機化學實驗改革是一項十分艱巨而又很有意義的工作。我們從原子經濟性和“5R”原則出發(fā)建設綠色的化學實驗室，以減少實驗產生的污染。

【關鍵詞】綠色化學;有機化學實驗;教學

中圖分類號： G642;O62-4文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）21-0100-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.045

Application of Green Chemistry in Organic Chemistry Experiment Teaching

ZHAO Jian-bo MA Xiao-yan XIA Xu-dong JIANG Jian-hui*

（College of Life Sciences，Tarim University，Alar Xinjiang 843300，China）

【Abstract】It is a very arduous and meaningful work to guide the reform of organic chemistry experiment with the concept of green chemistry. Starting from atom economy and “5R” principle， we build green chemical laboratories to reduce the pollution caused by experiments.

【Key words】Green Chemistry; Organic Chemistry Experiment; Teaching

綠色化學又稱環(huán)境無害化學、環(huán)境友好化學、清潔化學，綠色化學的理想是使污染消除在產生的源頭，使整個合成過程和生產過程對環(huán)境友好，不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物，不再處理廢物，從根本上消除污染。綠色化學的核心內容是原子經濟性和“5R”原則。即減量;循環(huán);回收;再生;拒用。

有機化學實驗是我校動科、植科、生科等學院各個專業(yè)開設的一門重要公共基礎課，是有機化學的重要組成部分。有機化學實驗所需的化學試劑具有種類多，用量大，污染強的特點，在實驗過程中往往產生大量的有毒有害污染物及廢棄物，會對環(huán)境帶來嚴重的影響。隨著近年綠色化學理念被廣泛應用于我校各學科實驗課的課堂教學中。本文就我校有機化學實驗實施綠色化學教學實踐進行了總結。

1 建設綠色的化學實驗室

實驗室是進行有機化學實驗教學的基本場所，建設綠色的化學實驗室是實施綠色化學的先決條件。

1.1 硬件建設方面

我校有機化學實驗室已初具規(guī)模，可滿足全校20多個專業(yè)的化學實驗課程，盡管如此，我們還需要改進實驗室的硬件設施，加強“三廢”處理設施的管理。（1）廢氣處理系統(tǒng)改進實驗室的通風系統(tǒng)，每個實驗室不僅配有通風柜，還在學生實驗臺面上增加通風柜。此外，在化學實驗樓頂新安裝吸附塔和淋洗塔，對于實驗過程中產生的有毒氣體與酸堿性氣體進行處理。（2）廢水處理系統(tǒng)嚴格要求學生對實驗過程中產生的廢液進行分類回收。有機實驗的廢液通常是各種有機溶劑和有機試劑，對于含有苯胺或苯酚類的廢液，常加入漂白粉或過氧化氫等促使其分解后排放。對于用量較大的有機溶劑如乙醚、氯仿等采取蒸餾、精餾等手段處理后回收再利用。對于其他用量較少有機溶劑或有機試劑，采取焚燒后再排放的方式處理。（3）廢渣處理系統(tǒng)首先需盡可能避免實驗過程中產生廢渣，對于產生的廢渣則可根據(jù)實際情況綜合處理，建立專門用于貯存廢渣庫房，并根據(jù)廢渣的化學特性的不同選擇合適的容器分類存儲，嚴防二次污染，回收的廢渣達一定數(shù)量后送至有機廢棄物處理公司進行處理。

1.2 軟件建設方面

綠色的化學實驗室不僅指寬敞明亮的實驗室，良好的安全設施，還包括建立健全的實驗室規(guī)章制度以及具有綠色化學理念的教師和學生。近年來，我們結合我校實際情況將實驗室各項制度、規(guī)定進行了修訂和補充，結合國家有關部門對危險化學品的管理規(guī)定制訂了實驗室廢棄物處理條例并印制上墻，學生進實驗室前先學習實驗室常用化學試劑的性質、使用方法及處理方法，積極推進實驗室規(guī)范化和制度化建設。除此之外，我們還著重培養(yǎng)教師和學生的綠色化學理念，教師必須隨時保持強烈的綠色化學意識，系統(tǒng)學習綠色化學的理論知識和實驗技術，在教學中向學生適時教授綠色化學思想，培養(yǎng)學生綠色化學理念，讓學生充分理解“5R”原則，從小處著手，培養(yǎng)學生利用“5R”原則來分析問題和解決問題的能力，使學生在潛移默化中受到綠色化學教育。

2 科學安排實驗內容

實驗內容是培養(yǎng)學生動手能力、分析問題、解決問題能力及創(chuàng)新能力的重要載體，科學安排實驗內容是實施綠色化學的關鍵環(huán)節(jié)。要實現(xiàn)有機化學實驗的綠色化，從源頭上遏制化學污染物的生成是最優(yōu)選擇。為此，我們從以下幾個手段對實驗內容進行調整。

2.1 優(yōu)化實驗內容

我們對實驗內容進行了歸納總結，以實驗的科學性和訓練的全面性為原則，盡量避免有毒有害和易揮發(fā)性有機溶劑的使用，選擇無毒無公害的綠色原料、產物、副產物、溶劑、試劑等，刪除或替代實驗資源耗費多，藥品毒性大，污染嚴重的實驗，比如我們刪除了溴苯的制備、乙醚的合成等實驗，濃硫酸是有機反應中常用的催化劑，但其產生的廢酸難以處理，反應副產物多，使用危險性大，而固體超強酸具有選擇性高，副反應少，易和反應物分離，可重復使用，廢催化劑處理簡單，對環(huán)境污染少等優(yōu)點，因此，我們以Al2O3/SO42-固體超強酸代替濃硫酸作為乙酸乙酯的制備及乙酰水楊酸的制備等的催化劑。除此之外，我們還建立了各實驗之間的連續(xù)性，使上一個實驗的產物成為下一個實驗的原料，或將上一個實驗的產物作為下一個實驗的分析對象，有利于減少副產物的生成，實現(xiàn)有機化學實驗的綠色化。

2.2 開展微量、半微量實驗

微量、半微量實驗作為成功教學經驗已在多個高校推廣應用，并已有多套相關教材出版發(fā)行，其最突出的優(yōu)點是使用最少的藥品、試劑完成教學任務，由于試劑用量大大減少，產生的“三廢”量也就非常少，既節(jié)省了實驗經費，又減少了環(huán)境污染，并且，實踐證明，微量、半微量實驗與常量化實驗在準確性與嚴密性方面并無明顯差別[1]，而且，學生在做實驗時更細心，更認真。因此，在我校財政支持下，我們購置了部分微型實驗儀器，積極開展微量、半微量實驗并取得了較好的效果。

2.3 借助先進的教學手段

將多媒體技術、仿真技術等先進的教學手段引入實驗教學。計算機多媒體系統(tǒng)通過文字、聲音、圖像、動畫在不同的界面上流動從而對實驗的原理，裝置，實驗步驟及實驗注意事項進行展示，學生還可以自由搭建實驗裝置，添加藥品，實驗現(xiàn)象逼真，實驗數(shù)據(jù)準確，不僅具有形象生動的特點，而且真正實現(xiàn)了化學實驗的零排放、零污染。在實踐教學中效果顯著。除此之外，還鼓勵學生通過手機模擬化學實驗，應用“燒杯”、“化學方程式”、“NB化學實驗室”等app隨時隨地進行實驗，既可以進行常規(guī)實驗，還可以進行“化學老師嚴厲禁止”的操作，在保證學生安全的前提下充分滿足學生的好奇心，除了能提高學生的學習興趣之外，還能提高學生實驗時的警惕性和敏感性。

3 應用綠色化學實驗技術開展實驗

采用常規(guī)合成技術進行有機合成實驗時常存在藥品、試劑及溶劑用量大，毒性高，反應時間長，副反應多，“三廢”多等缺點，從而制約了有機合成實驗的開展，采用綠色化學實驗技術開展有機合成實驗是實施綠色化學的重要途徑。因此，我們積極引入綠色化學實驗新技術，以期進一步推動有機化學實驗的綠色化。

3.1 微波加熱技術

微波加熱技術是一種通過微波介電熱效應把電磁能轉化為熱能來加熱物料的新技術。具有加熱快，效率高，反應條件溫和，操作簡單等優(yōu)勢，且微波加熱屬于分子意義上的攪拌，反應物的轉化率高且產品質量高，副反應少，原子經濟性好，可直接減少環(huán)境污染。微波加熱技術在無機合成，材料科學等領域都有較大成果，有機合成中微波加熱技術也有具體的應用，比如將微波輻射合成阿司匹林，可以不需要有機溶劑，顯著降低環(huán)境污染，微波輻射合成苯甲酸也是典型的微波化學實驗的范例[2]，反應時間僅為15min，不僅大大縮短反應時間，而且副產物可以回收，不污染環(huán)境。除了這些已報道的微波合成實驗之外，我們還對乙酸乙酯的制備，正丁醚的制備等進行了微波合成探索并取得了一定的效果。

3.2 超聲合成技術

超聲合成技術是將有機反應置于超聲條件下完成的。超聲的化學作用不是直接與物質作用，而是主要通過液體的聲空化完成，所謂的聲空化是指液體中微小泡核的形成、振蕩、生長、收縮至崩潰引起的物理、化學變化，液體聲空化的過程是集中聲場能量并迅速釋放的過程，這為在一般條件下不可能或難以實現(xiàn)的化學反應提供了一種非常特殊的物理環(huán)境，因此，超聲合成技術具有反應速率快，產率高，時間短，條件溫和等特點。超聲合成技術作為一種新型綠色化實驗技術已在有機合成中有一定的應用，它能顯著提高原子經濟性，符合綠色化學理念，具有重要的現(xiàn)實意義和開發(fā)前景。

對有機化學實驗實施綠色化教學改革符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展要求，控制有機化學實驗過程中產生的污染是我們每位有機化學教育工作者一項義不容辭的責任。經過近幾年來我們對有機化學實驗課綠色化教學的改革，不僅大大減輕了對環(huán)境帶來的污染，降低了對師生健康的危害，還培養(yǎng)了學生的科學發(fā)展觀，加深對科學、人和環(huán)境關系的認識，實現(xiàn)了良好的教學效果。在今后的實驗教學中，我們需要進一步優(yōu)化實驗內容，嘗試新的實驗技術改進現(xiàn)有實驗，以期徹底實現(xiàn)有機化學實驗的綠色化。

【參考文獻】

[1]張敏，譚成玉，劉遠.半微量有機化學實驗提高實驗效能的教學實踐[J].實驗室研究與探索，2019，38（2）：192-194.

[2]張金峰，沈寒晰，張存社.新反應技術在有機合成中的應用[J].化工技術與開發(fā)，2015，44（5）：39-42+49.