魏榕，王學(xué)，于水歡，姚哲侃，苗志偉

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院，元素有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院作為國(guó)家理科基礎(chǔ)科學(xué)研究和教學(xué)人才(化學(xué))培養(yǎng)基地，積極探索創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，實(shí)施以學(xué)生為主體的本科人才培養(yǎng)和研究型教學(xué)改革，通過“科研反哺教學(xué)”創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，引導(dǎo)學(xué)生通過參加科研活動(dòng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力。南開大學(xué)于2002年搭建了本科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)——南開大學(xué)本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，截止到2019年，“百項(xiàng)工程”已經(jīng)連續(xù)開展了18屆。本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”的實(shí)施取得了良好的培養(yǎng)效果，通過引導(dǎo)本科生參與創(chuàng)新科研，不僅能深入理解所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)技能，而且可以使學(xué)生了解學(xué)科前沿發(fā)展?fàn)顩r，增加對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)的科研訓(xùn)練和本科畢業(yè)論文打下良好基礎(chǔ)。本文介紹的“環(huán)三磷腈磺酸鹽阻燃劑的合成及其在阻燃聚碳酸酯中的應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)就是化學(xué)學(xué)院二年級(jí)本科生參加創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”的研究成果，通過“科研反哺教學(xué)”開展創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有效提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力[1]。

1 研究背景

電子電器設(shè)備是當(dāng)今人類生活的必需品，而各種電器設(shè)備及其外殼出于安全考慮必須進(jìn)行阻燃處理。目前多數(shù)電器設(shè)備使用鹵系阻燃劑，但是鹵系阻燃劑因?yàn)槿紵^程中會(huì)放出鹵化氫氣體容易使人中毒，因此被逐漸禁用。2003年2月，歐盟頒布了RoHs和WEEE兩個(gè)指令，前者是關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制和禁止使用某些有毒、有害物質(zhì)和元素的指令；后者是關(guān)于回收廢棄電子電氣設(shè)備的指令[2]。這兩個(gè)指令的頒布進(jìn)一步促進(jìn)了人們對(duì)于無鹵阻燃劑的研究和開發(fā)。磷系阻燃劑作為無鹵阻燃劑中重要的品種，可以使阻燃完全實(shí)現(xiàn)無鹵化，阻燃效果好，受熱分解時(shí)低煙、低毒，并大幅減少燃燒后的殘余物，因此逐步替代含鹵阻燃材料，成為新一代的綠色環(huán)保阻燃劑。

六氯環(huán)三磷腈作為磷腈類阻燃劑的重要原料，早在19世紀(jì)末就被化學(xué)家成功合成。該化合物具有六個(gè)活性較高的氯原子，很容易與親核試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)，制得具有不同側(cè)基的衍生物。20世紀(jì)80年代，Bezoari首次將其衍生物應(yīng)用于阻燃聚烯烴[3,4]，證明了環(huán)三磷腈類阻燃劑集酸源、碳源、氣源于一體，開啟了環(huán)三磷腈衍生物作為膨脹型阻燃劑使用的先河，此后關(guān)于環(huán)三磷腈阻燃劑在各種聚合物中的阻燃研究層出不窮[5-7]。

添加型磷腈類阻燃劑具有熱穩(wěn)定性好、耐候性好、低煙、低毒、低添加量和吸潮性低等優(yōu)點(diǎn)，在阻燃高分子材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對(duì)環(huán)三磷腈阻燃劑的深入研究表明，該類阻燃劑燃燒時(shí)可在聚合物表面形成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層，不僅能隔熱、隔氧、抑煙、防熔滴，還能釋放不燃性氣體同時(shí)稀釋可燃性氣體，具有顯著的阻燃效果，而且符合低煙低毒的環(huán)保要求，因此環(huán)三磷腈阻燃劑被視為實(shí)現(xiàn)阻燃劑無鹵化的有效途徑之一[8-11]。本文以六氯環(huán)三磷腈和對(duì)羥基苯磺酸為原料設(shè)計(jì)合成兩種阻燃劑，在環(huán)三磷腈的側(cè)基上引入磺酸鹽結(jié)構(gòu)，發(fā)揮環(huán)三磷腈優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和磺酸鹽出色的阻燃性能，應(yīng)用于聚碳酸酯阻燃研究。

2 環(huán)三磷腈磺酸鹽阻燃劑的合成

2.1 試劑和儀器

試劑：六氯環(huán)三磷腈(純度98%，北京安司莫森技術(shù)有限公司)；六苯氧基環(huán)三磷腈(純度98%，本溪吉?jiǎng)P科技有限公司)；對(duì)羥基苯磺酸(純度99%，薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司)；氫氧化鈉(純度96%，天津市河?xùn)|區(qū)廣達(dá)服務(wù)部)；氫氧化鉀(純度97%，天津市河?xùn)|區(qū)廣達(dá)服務(wù)部)；丙酮(純度99%，天津市河?xùn)|區(qū)廣達(dá)服務(wù)部)；PC粒料(A 2200，F(xiàn)N 2200)。

儀器：核磁共振儀(Bruker AV 400 (400 MHz) spectrometer，CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；紅外光譜儀(美國(guó)Thermo，Nicoletis 10，溴化鉀壓片)；雙螺桿擠出機(jī)(德國(guó)Coperion，CTE 50PLUS)；注塑機(jī)(海天塑機(jī)有限公司，MA900II/260)；造粒機(jī)(百士吉泵業(yè)(上海)有限公司，Autmatik)；熱失重分析儀(德國(guó)Netzsch，TG 209 F3 Tars)；差示掃描量熱儀(德國(guó)Netzsch，DSC 350)；熔融指數(shù)儀(美國(guó)Dynisco，LMI 4000)；垂直燃燒測(cè)試儀(美國(guó)ATLAS，HVUL 2)；擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)(德國(guó)Zwick，HIT 5.5P)；萬能電子試驗(yàn)機(jī)(美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司，GMT 4204)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司，DHG-9030)；紅外快速干燥箱(廣州滬瑞明儀器有限公司，WS70-1)。

2.2 合成路線和實(shí)驗(yàn)步驟

環(huán)三磷腈磺酸鹽阻燃劑的合成以六氯環(huán)三磷腈和4-羥基苯磺酸為反應(yīng)原料，分別在氫氧化鈉或氫氧化鉀存在條件下，通過親核取代反應(yīng)得到目標(biāo)化合物FR1和FR2，反應(yīng)方程式見圖1。

圖1 合成環(huán)三磷腈磺酸鈉阻燃劑FR1和FR2反應(yīng)方程式

阻燃劑FR1的合成步驟：取100 mL單口燒瓶放入磁子，稱取65%的4-羥基苯磺酸水溶液(11.65 g，0.043 mol)，滴加NaOH (3.45 g，0.086 mol)飽和水溶液，制備4-羥基苯磺酸的堿性水溶液(15 mL)。另取一個(gè)已經(jīng)放入磁子的100 mL單口燒瓶，稱取六氯環(huán)三磷腈(2.51 g，0.007 mol)，并加入丙酮(15 mL)攪拌溶解，于冰水浴條件下緩慢滴加4-羥基苯磺酸的堿性水溶液，并不斷攪拌。滴加完畢后將反應(yīng)溫度升至室溫反應(yīng)3 h，然后升至60 °C反應(yīng)72 h，薄層色譜TLC監(jiān)測(cè)無原料點(diǎn)后停止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后過濾出沉淀，收集濾液旋蒸出大部分溶劑后得到白色固體，利用水重結(jié)晶得到白色晶體即為產(chǎn)物。產(chǎn)物8.76 g，產(chǎn)率為93%。

阻燃劑FR2的合成步驟與FR1相同，所使用反應(yīng)原料的質(zhì)量分別為65%的4-羥基苯磺酸的水溶液(5.20 g，0.019 mol)，KOH飽和溶液(2.18 g，0.039 mol)，六氯環(huán)三磷腈(1.0230 g，0.003 mol)，丙酮(10 mL)，得到產(chǎn)物2.67 g，產(chǎn)率為63.4%。

2.3 阻燃劑FR1和FR2的分子結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 FR1的31P NMR,1H NMR,13C NMR表征

化合物 FR1 的核磁數(shù)據(jù)：31P NMR (162 MHz, D2O) δ ?10.05 (s).1H NMR (400 MHz, D2O) δ 8.55(d, J = 14.5 Hz, 12H), 7.74 (d, J = 14.0 Hz, 12H).13C NMR (101 MHz, D2O) δ 153.8, 138.4, 127.4, 120.5。

2.3.2 FR2的31P NMR,1H NMR,13C NMR表征

化合物 FR2 的核磁數(shù)據(jù)：31P NMR (162 MHz, D2O) δ ?10.03 (s).1H NMR (400 MHz, D2O) δ 7.68(d, J = 8.5 Hz, 12H), 7.20 (d, J = 8.4 Hz, 12H).13C NMR (101 MHz, D2O) δ 153.7, 138.3, 127.4, 120.5。

3 聚碳酸酯(PC)復(fù)合材料的制備

首先將聚碳酸酯母粒和阻燃劑FR1和FR2分別按照不同的質(zhì)量配比混合均勻，然后加料至雙螺桿擠出機(jī)中，在最高溫度270 °C的條件下熔融共混，并通過造粒機(jī)擠出造粒，制備出不同質(zhì)量配比的復(fù)合材料母粒。將該母粒于電熱鼓風(fēng)干燥箱中80 °C干燥3 h后根據(jù)不同的性能測(cè)試要求在注塑機(jī)上注塑成不同形狀的樣條。復(fù)合材料的質(zhì)量配比如表1所示。

表1 阻燃劑改性PC復(fù)合材料的質(zhì)量配比

熱失重分析(TGA)測(cè)試?yán)脽崾е胤治鰞x完成，氣體流速為 100 mL·min?1，升溫速率為20 °C·min?1，溫度范圍為 20-800 °C，樣品的重量在 6-13 mg。差示掃描量熱(DSC)測(cè)試?yán)貌钍緬呙枇繜醿x完成，氮?dú)饬魉?25 mL·min?1，升溫速率 20 °C·min?1，溫度范圍 30-200 °C，樣品質(zhì)量 5-10 mg。力學(xué)性能測(cè)試?yán)萌f能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度。其中拉伸測(cè)試的樣品尺寸為164 mm × 13 mm × 3.2 mm，啞鈴型，標(biāo)距為115 mm；彎曲測(cè)試的樣品尺寸為64 mm × 12.7 mm × 3.2 mm，試樣跨度為51.2 mm；拉伸測(cè)試的樣品尺寸為63.3 mm × 12.6 mm ×3.25 mm，以上測(cè)試均按照ASTMD-1708標(biāo)準(zhǔn)在25 °C下進(jìn)行測(cè)試。垂直燃燒測(cè)試采用垂直燃燒測(cè)試儀進(jìn)行，樣條尺寸為125 mm × 13 mm，厚度分別為3.0、2.0、1.5、1.0 mm，每組樣品最少5件，UL 94垂直燃燒試驗(yàn)參照國(guó)標(biāo)GB/2409-84方法進(jìn)行測(cè)試。

4 結(jié)果與討論

4.1 六氯環(huán)三磷腈和FR1的紅外光譜表征

如圖2所示，黑色曲線代表原料六氯環(huán)三磷腈的紅外光譜圖，其中521、606 cm?1處為P―Cl鍵的特征吸收峰，故FR1沒有這兩個(gè)強(qiáng)峰，說明FR1磷腈環(huán)上的氯原子被完全取代了；1091-1280 cm?1處為磷腈環(huán)的P＝N伸縮振動(dòng)吸收峰，同樣FR1也有該吸收峰，表明這兩種化合物中均有磷腈環(huán)結(jié)構(gòu)；在1400-1638 cm?1處兩種組化合物都有明顯的苯環(huán)吸收峰。在1032 cm?1處，F(xiàn)R1有較強(qiáng)的吸收峰，是磺酸鹽官能團(tuán)的特征峰，說明FR1有磺酸鹽基團(tuán)；大于3000 cm?1處FR1仍有吸收峰，說明該化合物帶有結(jié)晶水。綜上所述磷腈環(huán)上的氯原子已經(jīng)被對(duì)苯氧基磺酸鹽完全取代。

圖2 六氯環(huán)三磷腈和FR1的紅外譜圖

4.2 阻燃劑FR1和FR2的TG表征

如圖3和表2所示，首先分析阻燃劑FR1的TG數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其分解過程可以分為三個(gè)階段：首先從70.2-104.3 °C推測(cè)是化合物中結(jié)晶水的失重，共損失10%左右的質(zhì)量；然后是104.3-446.5 °C，磷腈環(huán)發(fā)生分解，共損失25%左右的質(zhì)量；最后為446.5-800 °C，共損失34%左右的質(zhì)量，此時(shí)為磺酸鈉和芳香環(huán)發(fā)生分解。FR1的800 °C殘?zhí)柯矢哌_(dá)33.5%。

表2 阻燃劑改性PC復(fù)合材料的TG測(cè)試數(shù)據(jù)

圖3 阻燃劑改性的PC復(fù)合材料的TG曲線圖

進(jìn)一步針對(duì)阻燃劑 FR2的 TG數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其分解過程可以分為兩個(gè)階段：首先從 126.7-536.3 °C推測(cè)是磷腈環(huán)分解為氮氧化合物等惰性氣體，共損失25%左右的質(zhì)量；然后是536.3-800 °C，磺酸鉀和芳香環(huán)發(fā)生分解，共損失20%左右的質(zhì)量，F(xiàn)R2的800 °C殘?zhí)柯矢哌_(dá)51.4%。阻燃劑FR1和FR2的TG數(shù)據(jù)表明，因?yàn)榇嬖诮Y(jié)晶水的原因，兩者的IDT和T5%都較低，但是它們的800 °C殘?zhí)柯识驾^高，說明它們能夠耐受800 °C以下的高溫，熱穩(wěn)定性較好。

4.3 PC/FR1和PC/FR2復(fù)合材料的TG表征

如圖4和表3所示，首先分析純PC和阻燃劑FR1和FR2的TG數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)無論是加入阻燃劑FR1還是FR2，都可以明顯提高PC的IDT、T5%、T10%等熱分解溫度，其中IDT提高了170 °C，T5%至少提高了40 °C，而復(fù)合材料殘?zhí)柯实淖兓⒉幻黠@。其次，對(duì)PC/FR復(fù)合材料的TG數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過觀察每種阻燃劑的TG曲線和數(shù)據(jù)，可以看出PC/FR復(fù)合材料的殘?zhí)柯孰S著阻燃劑添加量的增加而降低，說明該類型的阻燃劑并不能提高PC基體的殘?zhí)柯?，反而?huì)促進(jìn)PC分子鏈提前分解，降低聚合物的殘?zhí)柯?。?dāng)FR1和FR2的添加量為0.3%-0.5%時(shí)，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性最好。其中，PC/FR1-0.3的復(fù)合材料的IDT高達(dá)450.3 °C，T10%高達(dá)500.1 °C，800 °C殘?zhí)柯蔬_(dá)到了最大值24.1%；PC/FR2-0.3 的復(fù)合材料的 IDT 高達(dá) 448.8 °C，T10%高達(dá) 487.8 °C，800 °C 殘?zhí)柯蔬_(dá)到了 19.4%。

表3 阻燃劑改性PC復(fù)合材料的TG測(cè)試數(shù)據(jù)

圖4 阻燃劑改性的PC復(fù)合材料的TG曲線圖

4.4 PC/FR1 PC/FR2復(fù)合材料的DSC表征

如圖5所示，隨著FR1添加量的增加，PC/FR1復(fù)合材料的Tg值呈現(xiàn)先上升后降低趨勢(shì)，推測(cè)原因有兩種：(1) 當(dāng)FR1或FR2的添加量為0.3%時(shí)，該類型阻燃劑作為無機(jī)物與高分子材料的相容性較差，導(dǎo)致Tg值略微升高；(2) 阻燃劑FR1或FR2中有少量結(jié)晶水，而PC是一種含酯基結(jié)構(gòu)的敏感樹脂，少量的水會(huì)造成PC分子鏈的斷裂，進(jìn)而使PC聚合物的平均分子量降低，因此FR1或FR2的添加量大于 0.5%時(shí)，復(fù)合材料的Tg值隨著添加量的增加而逐漸降低。FR1的添加量不宜超過0.5%，否則PC降解會(huì)影響材料的其它性能。

圖5 阻燃劑改性的PC復(fù)合材料的DSC曲線圖

4.5 PC/FR1和PC/FR2復(fù)合材料的阻燃性能表征

每種添加量的阻燃劑樣條都注塑出1.0、1.5、2.0、3.0 mm幾種不同厚度的樣條，進(jìn)行UL-94垂直燃燒測(cè)試，所有測(cè)試樣條點(diǎn)燃后均未蔓延至夾具。從表4數(shù)據(jù)可以看出，添加FR1和FR2的PC樣條垂直燃燒測(cè)試結(jié)果幾乎一樣，但 FR1的阻燃效果要稍微的優(yōu)于FR2，它們都適合阻燃3.0 mm厚度的樣條，當(dāng)添加量為0.5% (后文均為質(zhì)量比)時(shí)即可達(dá)到UL 94 V-0阻燃等級(jí)。當(dāng)PC樣條的厚度小于2.0 mm時(shí)，阻燃劑添加量需超過1%才能達(dá)到UL 94 V-0阻燃等級(jí)。因此，可以歸納出這兩種磺酸鹽阻燃劑不適合阻燃薄壁PC制品。

表4 阻燃劑改性PC復(fù)合材料的垂直燃燒測(cè)試數(shù)據(jù)

4.6 PC/FR1復(fù)合材料的力學(xué)性能研究

從圖6可以看出，隨著阻燃劑添加量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。其中FR2阻燃劑的增強(qiáng)效果要好于FR1。當(dāng)添加量為0.3%時(shí)，PC/FR1復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為63.37 MPa，PC/FR2復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為64.80 MPa；當(dāng)添加量為2%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值，PC/FR1復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為65.63 MPa，PC/FR2復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為66.63 MPa。

圖6 PC/FR1和PC/FR2復(fù)合材料抗拉伸性能曲線圖

從圖7可看出，隨著阻燃劑添加量的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。其中FR2阻燃劑的增強(qiáng)效果要好于FR1，但當(dāng)添加量為2%時(shí)結(jié)果相反。當(dāng)添加量為0.3%時(shí)，PC/FR1復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為89.01 MPa，PC/FR2復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為89.75 MPa；當(dāng)添加量為2%時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值，PC/FR1復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為93.25 MPa，PC/FR2復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為93.03 MPa。

圖7 PC/FR1和PC/FR2復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度性能曲線圖

從圖8可看出，隨著阻燃劑添加量的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度逐漸減小，其中添加了FR2復(fù)合材料的降低程度要小于添加了FR1的復(fù)合材料。當(dāng)添加量為2%時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度急劇下降，PC/FR1-2的沖擊強(qiáng)度降為11.98 MPa，PC/FR2-2的沖擊強(qiáng)度降為9.72 MPa，嚴(yán)重影響復(fù)合材料制品在實(shí)際中的應(yīng)用。所以，F(xiàn)R1和FR2的最佳添加量應(yīng)該為0.3%-0.5%，此時(shí)沖擊強(qiáng)度降低的程度較小。

圖8 PC/FR1和PC/FR2復(fù)合材料抗沖擊強(qiáng)度性能曲線圖

5 本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”的實(shí)施步驟和實(shí)施效果

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”的實(shí)施步驟包括：(1) 學(xué)生以 3-5人為一組自選導(dǎo)師；(2) 在導(dǎo)師的指導(dǎo)下選定研究課題，撰寫立項(xiàng)申請(qǐng)書；(3) 立項(xiàng)申請(qǐng)通過校內(nèi)專家評(píng)審后完成立項(xiàng)，開始在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行創(chuàng)新研究；(4) 完成項(xiàng)目中期檢查；(5) 完成項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告和研究成果總結(jié)。本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”實(shí)施的制度保障有：(1) 學(xué)校鼓勵(lì)在校學(xué)生積極參加“百項(xiàng)工程”，對(duì)認(rèn)真參加項(xiàng)目研究并取得研究成果的學(xué)生進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)；(2) 鼓勵(lì)教師參加“百項(xiàng)工程”，增強(qiáng)教書育人的積極性和創(chuàng)造性，對(duì)在“百項(xiàng)工程”中取得突出研究成果的指導(dǎo)教師進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)；(3) 學(xué)校對(duì)每個(gè)創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”項(xiàng)目給予 6000-10000元人民幣的經(jīng)費(fèi)資助，開放教學(xué)實(shí)驗(yàn)室并配備實(shí)驗(yàn)人員，保證項(xiàng)目的順利實(shí)施；(4) 學(xué)校對(duì)“百項(xiàng)工程”的實(shí)施過程進(jìn)行全程監(jiān)督和指導(dǎo)，每年進(jìn)行總結(jié)和表彰，同時(shí)進(jìn)一步完善各種規(guī)章制度，使“百項(xiàng)工程”逐步規(guī)范化、正規(guī)化。

“科研反哺教學(xué)”有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)過近三年的實(shí)踐取得了良好的教學(xué)效果，參加項(xiàng)目學(xué)習(xí)的學(xué)生普遍反映項(xiàng)目?jī)?nèi)容新穎，貼近科研實(shí)際，所選擇的研究?jī)?nèi)容具有挑戰(zhàn)性。通過參加“百項(xiàng)工程”，使學(xué)生將枯燥的書本知識(shí)與科研實(shí)踐相結(jié)合，逐步掌握了有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作技巧，親身體驗(yàn)到有機(jī)合成的復(fù)雜性和科學(xué)研究的規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致，達(dá)到了“舉一反三，融會(huì)貫通”的教學(xué)目的。通過參加創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”，初步掌握了有機(jī)化學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技能，加深了對(duì)科研工作的認(rèn)識(shí)和理解，為后續(xù)開展本科畢業(yè)論文工作打下良好基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017-2019年優(yōu)秀本科畢業(yè)論文獲獎(jiǎng)?wù)咧?4%曾經(jīng)參加本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”，為學(xué)生進(jìn)一步深造打下堅(jiān)實(shí)的科研基礎(chǔ)。

6 項(xiàng)目實(shí)施建議

本實(shí)驗(yàn)以本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”項(xiàng)目形式組織實(shí)施，適于化學(xué)系已經(jīng)完成有機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的本科生。項(xiàng)目研究涉及化合物的合成、分子結(jié)構(gòu)表征和阻燃效果檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，根據(jù)前幾屆學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況，指導(dǎo)教師須注意以下幾點(diǎn)：

(1) 充分做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉每一步反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)；

(2) 實(shí)驗(yàn)開始之前，指導(dǎo)學(xué)生了解用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程的薄層色譜板(TLC板)的各種顯色方法和適用范圍，復(fù)習(xí)化合物純化手段和分子結(jié)構(gòu)表征所需儀器的測(cè)試原理和基本操作要求；

(3) 對(duì)阻燃劑性能檢測(cè)方法進(jìn)行分析講解，為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行做好準(zhǔn)備；

(4) 在教師指導(dǎo)下，由學(xué)生獨(dú)立完成核磁共振譜圖(31P NMR、1H NMR和13C NMR)、紅外光譜分析和化合物結(jié)構(gòu)推測(cè)；

(5) 做好每次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)記錄，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和相關(guān)繪圖軟件的使用，實(shí)驗(yàn)報(bào)告強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論，提高學(xué)生的科研思維能力。

7 結(jié)語(yǔ)

本文所推薦的“環(huán)三磷腈磺酸鹽阻燃劑的合成及其在阻燃聚碳酸酯中的應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)是南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院在開展本科生創(chuàng)新科研“百項(xiàng)工程”過程中，通過“科研反哺教學(xué)”形式提高本科生培養(yǎng)質(zhì)量的有益嘗試。項(xiàng)目實(shí)施過程包括文獻(xiàn)檢索、合成路線設(shè)計(jì)、化合物合成和結(jié)構(gòu)表征、新合成化合物阻燃性質(zhì)研究，與實(shí)際科研過程緊密銜接。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生獨(dú)立使用各類有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行化合物的合成和純化，利用各類大型分析儀器對(duì)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析表征，并對(duì)所合成化合物的阻燃性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，使學(xué)生完整掌握科研工作的全過程，鞏固有機(jī)化學(xué)理論學(xué)習(xí)成果，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有效提高了學(xué)生的科研能力，為進(jìn)行本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和今后從事科學(xué)研究工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

謹(jǐn)以此文祝賀南開大學(xué)建校100周年華誕；紀(jì)念陳茹玉院士誕辰100周年。