秦敏銳 邵東貝 蔡黃菊

（浙江大學(xué)化學(xué)系，浙江 杭州 310058）

0 引言

基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是面向理工科專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)通識(shí)課程，該課程通過(guò)訓(xùn)練學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)而獲得綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力。該授課對(duì)象大部分是首次接觸有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，因此單純的理論學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)較為抽象，需要教師在備課和講課時(shí)將專業(yè)知識(shí)與生活中的相關(guān)現(xiàn)象相聯(lián)系，便于學(xué)生將抽象的內(nèi)容具體化。

將科普元素引入有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，以科普?qǐng)D片講解、視頻觀看或者科普趣味實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入課堂內(nèi)容，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教與學(xué)的效率。挖掘?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目中的科普元素不僅實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)的形象化，還能將拓展性資源進(jìn)行介紹，展現(xiàn)了課程內(nèi)容的高階性。

以“柳樹(shù)中水楊酸的提取及其薄層色譜分離分析”實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)涉及的理論知識(shí)點(diǎn)多，基本實(shí)驗(yàn)操作流程較為煩瑣和枯燥，對(duì)于機(jī)械的實(shí)驗(yàn)流程操作學(xué)生容易疲倦。但是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與生活聯(lián)系緊密，蘊(yùn)含了豐富的科普元素，因此可以將水楊酸的歷史和花青素趣味小實(shí)驗(yàn)作為課堂導(dǎo)入，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)探究實(shí)驗(yàn)的熱情。

1 柳樹(shù)中水楊酸提取實(shí)驗(yàn)科普元素的挖掘

水楊酸是植物體內(nèi)普遍存在的一種簡(jiǎn)單小分子酚類化合物，其最早發(fā)現(xiàn)于柳樹(shù)皮中。1828年德國(guó)的John Buchner從柳樹(shù)皮中分離出水楊醇糖苷，1838年P(guān)iria等人將這種有效組分命名為水楊酸（SA），1874年水楊酸首次被合成。19世紀(jì)末，Hofmann成功地將純水楊酸與乙酸酐作用，制成了毒性和副作用較水楊酸小的乙酰水楊酸。乙酰水楊酸的制備是本科有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的經(jīng)典內(nèi)容之一，為了使學(xué)生將天然產(chǎn)物的有效成分提取、分析實(shí)驗(yàn)與有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出“柳樹(shù)中水楊酸的提取及薄層色譜分離分析”實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)驗(yàn)研究了柳樹(shù)中水楊酸的提取方法和提取液中水楊酸的TLC分離分析，該實(shí)驗(yàn)中可挖掘的科普元素包括以下幾點(diǎn)：

（1）結(jié)合乙酰水楊酸的制備實(shí)驗(yàn)，將水楊酸與乙酰水楊酸比較，追溯水楊酸的歷史，介紹水楊酸在生活中的應(yīng)用，不僅加深了乙酰水楊酸合成原理的理解，還將天然產(chǎn)物的提取實(shí)驗(yàn)與有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

（2）水楊酸在植物體內(nèi)以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)兩種形式存在。本實(shí)驗(yàn)使用的提取介質(zhì)為1.0 mol/L鹽酸溶液，相對(duì)于甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑作為提取劑，得到的游離態(tài)水楊酸含量增加。

（3）在酸性條件下提取柳樹(shù)皮中的水楊酸，提取液的顏色為深紅色是因?yàn)榱鴺?shù)皮中含有花青素，對(duì)天然指示劑花青素在生活中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并可提供紫甘藍(lán)等含有花青素的植物讓學(xué)生進(jìn)行酸堿變色的科普實(shí)驗(yàn)。

（4）本實(shí)驗(yàn)可進(jìn)行拓展，自行探究柳樹(shù)皮、柳樹(shù)葉和柳樹(shù)枝等各部位中水楊酸含量的差別，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和學(xué)生的探究能力。

2 柳樹(shù)中水楊酸提取實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 柳樹(shù)不同部位中水楊酸的提取

分別收集柳樹(shù)樹(shù)干外皮、柳樹(shù)枝外皮、柳樹(shù)去皮后枝條或柳樹(shù)葉等10～15 g，剪成約1 cm碎片，置于100 mL圓底燒瓶中，加入50 mL 1.0 mol/L HCl溶液加熱回流，提取液的顏色逐漸發(fā)生變化，樹(shù)干外皮的提取液為淺褐色，柳樹(shù)枝外皮的提取液為紅棕色，柳樹(shù)去皮后枝條和柳樹(shù)葉的提取液顏色為亮紅色，回流30 min后停止加熱，冷卻過(guò)濾。濾液用乙酸乙酯（2×10 mL）萃取，合并萃取液，無(wú)水硫酸鎂干燥。干燥后的溶液用活性炭脫色至無(wú)色或淡黃色。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮溶劑至1～2 mL，待TLC檢測(cè)。

2.2 展開(kāi)劑選擇

根據(jù)文獻(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)分別設(shè)計(jì)了7種不同展開(kāi)劑進(jìn)行TLC分離實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比選出最佳的展開(kāi)劑，展開(kāi)劑各組分的設(shè)計(jì)依據(jù)如下：

（1）水楊酸含有羧酸基團(tuán)，而實(shí)驗(yàn)用的硅膠薄層色譜板的硅羥基呈弱酸性，含有羧酸基團(tuán)的極性分子與硅膠吸附能力較強(qiáng)，容易產(chǎn)生拖尾。因此，需要在展開(kāi)劑中加入冰醋酸來(lái)增加展開(kāi)劑的極性，抑制水楊酸與硅膠的作用從而得到更集中的斑點(diǎn)。

（2）基于實(shí)驗(yàn)效果和安全環(huán)保的考慮，對(duì)文獻(xiàn)中的甲苯—乙醚—冰醋酸—甲醇展開(kāi)體系進(jìn)行改進(jìn)：甲苯和甲醇毒性較大，乙醚沸點(diǎn)低，在操作過(guò)程中溶劑揮發(fā)快，若不及時(shí)更換展開(kāi)劑，Rf數(shù)值會(huì)呈增大趨勢(shì)。選擇毒性較小的石油醚—乙酸乙酯—冰醋酸—乙醇體系進(jìn)行薄層色譜的分離。

圖1 柳樹(shù)枝皮提取液與水楊酸標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)照TLC分析

2.3 提取液中的水楊酸的薄層色譜法（TLC）檢測(cè)

提取液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后點(diǎn)樣。待樣點(diǎn)干燥后，進(jìn)行展開(kāi)。將展開(kāi)后的薄層色譜板放入紫外分析儀中照射顯色，能清晰觀察到的斑點(diǎn)有兩個(gè)通過(guò)與水楊酸標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)比Rf值，可確定提取產(chǎn)物中含有水楊酸，通過(guò)1%三氯化鐵-乙醇溶液顯色，水楊酸的點(diǎn)變成棕色（見(jiàn)圖1）。

3 科普元素融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

3.1 結(jié)合思路與目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)中科普元素的挖掘是在現(xiàn)有教學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中尋找科普知識(shí)的切入點(diǎn)，從而進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，而不是科普與實(shí)際內(nèi)容的疊加。希望通過(guò)科普元素的融入達(dá)到以下教學(xué)目標(biāo)：

（1）增強(qiáng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的科學(xué)趣味性，使其“接地氣”，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。

（2）有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是針對(duì)非化學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)的課程，這些化學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱，通過(guò)科普元素的加入便于學(xué)生在課程中理解所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)化學(xué)科學(xué)思維，為日后在所學(xué)專業(yè)中發(fā)揮融會(huì)貫通的科學(xué)素養(yǎng)。

（3）普及生活中的科學(xué)知識(shí)，拓展生活視野。比如提取液中顏色逐漸變?yōu)樯罴t色，是由于柳樹(shù)皮中含有花青素?；ㄇ嗨厥且环N天然酸堿指示劑，屬于黃酮類化合物，在酸性溶液中顯紅色，在堿性溶液中顯綠色。并通過(guò)科普實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與查閱文獻(xiàn)進(jìn)行驗(yàn)證，鍛煉了學(xué)生的觀察能力和分析能力。

（4）通過(guò)學(xué)生對(duì)柳樹(shù)中不同部位的水楊酸含量進(jìn)行探究，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。

3.2 教學(xué)效果分析

“柳樹(shù)中水楊酸的提取”實(shí)驗(yàn)引入科普知識(shí)介紹和花青素變色的科普實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生對(duì)天然產(chǎn)物提取實(shí)驗(yàn)的探究性興趣有了明顯的提升。學(xué)生對(duì)柳樹(shù)中不同部位的水楊酸含量探究興趣最大。除了采集柳樹(shù)枝、柳樹(shù)葉、柳樹(shù)皮外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中還提到“通過(guò)文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，楊樹(shù)、冬青、獼猴桃等中也含有水楊酸，希望可以選用多種材料對(duì)水楊酸的提取進(jìn)行探究”。此外，學(xué)生還指出“可以對(duì)提取液的選擇進(jìn)行探究”。本次實(shí)驗(yàn)只提供了在鹽酸介質(zhì)中進(jìn)行水楊酸的提取，將結(jié)果與查閱的文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，系統(tǒng)地探究提取介質(zhì)對(duì)水楊酸含量的影響。因此，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)科普元素的引入激發(fā)了學(xué)生探究的興趣和探究的潛能。

4 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)將科普元素與天然產(chǎn)物中有效成分提取的實(shí)驗(yàn)有機(jī)融合，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的“趣味性、科學(xué)性、探究性”。學(xué)生在鍛煉了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作——回流、萃取、脫色、TLC檢測(cè)的同時(shí)，還認(rèn)識(shí)了柳樹(shù)中水楊酸和花青素的存在形態(tài)和用途，促進(jìn)了生物、醫(yī)藥和化學(xué)的學(xué)科交叉滲透。在完成本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和興趣展開(kāi)探究，探究點(diǎn)包括但不局限于植物的選擇、提取介質(zhì)的選擇、TLC展開(kāi)劑的選擇、水楊酸含量的定量分析等。由此引導(dǎo)學(xué)生在提高基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ耐瑫r(shí)掌握學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生自主探索與研究的積極性，為后續(xù)的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。