強根榮，王海濱

化學化工國家級實驗教學示范中心(浙江工業(yè)大學)，杭州 310014

有機化學實驗是我?；瘜W、化工、制藥及其他近化學類專業(yè)學生必修的一門基礎實驗課程?，F(xiàn)有教學對象每屆20個專業(yè)、36個班級、約1100名學生，教學總時數(shù)為64，學分為2，大二年級分兩學期開設。從1953年建校開課，設立有機化學實驗課程以來，隨著時代變遷和人才培養(yǎng)規(guī)格的變化，課程建設、教學內容發(fā)生了翻天覆地的變化，從早期簡單的過程模仿、性質鑒定、基本操作實驗，發(fā)展為現(xiàn)有的“基礎規(guī)范性實驗-綜合設計性實驗-研究探索性實驗”三層次實驗。多年來，實驗中心教師從“以本為本”的教學理念出發(fā)，根據新時代人才培養(yǎng)的要求，在教學內容方面大刀闊斧地進行改革，并經實踐檢驗行之有效，已將“有機化學實驗”課程建設成為省級一流課程。

1 有機化學實驗教學內容改革的基本遵循

我校有機化學實驗的教學對象都是工科類專業(yè)，畢業(yè)去向大都是繼續(xù)深造、研發(fā)機構或生產企業(yè)，因此，教學內容的設置要有利于學生在掌握實驗基本理論、基本知識的基礎上，更多地增強學生的實際動手能力、培育創(chuàng)新思維，秉承并發(fā)揚光大浙工大學生“下得去、上得來、用得上”的優(yōu)良品質，這也是我們實驗教學改革和實驗內容建設的基本遵循。特別是在“新工科”大背景下，我們將有機化學課程實驗教學納入理工融合、基礎與專業(yè)有機銜接的“三階段(學科基礎實驗-專業(yè)基礎實驗-專業(yè)實驗和工程實訓)、四層次(基礎規(guī)范性實驗-綜合設計性實驗-研究探索性實驗-創(chuàng)新實踐)、一體化”的化學化工實驗教學體系[1-4]，著力培養(yǎng)學生把知識運用于實踐的能力，促使“科學原理探索-工程技術基礎訓練-單元操作組合運用-工程實踐”的融會貫通[5,6]。

2 有機化學實驗教學內容改革實踐

由于受專業(yè)性質和實驗教學時數(shù)的限制，我們的教學內容改革只能在受限的時數(shù)內“推陳出新”，因此，一方面不再單獨開設基本操作實驗和性質實驗，將這些實驗都融入到合成實驗中；另一方面，研究開發(fā)反應時間較短而基本操作豐富的實驗，再揉入新的操作和新的內容。以下實例展示了我校有機化學實驗教學內容改革的來龍去脈，也為其他院校教學改革提供參考。

實例一：乙酰苯胺的制備及重結晶[7-9]

在早期的實驗教學中，為了學習重結晶基本操作，我們從企業(yè)購買了含有萘的廢料，用70%的乙醇作溶劑，通過重結晶操作提純萘，讓學生學會用有機物作溶劑進行重結晶操作的方法。隨著時代的發(fā)展和企業(yè)撤并關停，一方面實驗原料不再容易購買，另一方面學生對重結晶操作的實際應用不太清楚，為此，我們在乙酰苯胺的制備實驗中增加重結晶操作，用水作溶劑對乙酰苯胺的粗產品進行提純，經干燥后進行紅外光譜、質譜鑒定，不再單獨開設“粗萘的提純”實驗。

實例二：二苯基乙二酮的制備及薄層色譜

薄層色譜方法在有機合成實驗中有非常重要的用途，如：鑒定化合物、監(jiān)測跟蹤反應進行的程度、分離與精制化合物、檢測其他方法的分離純化效果、作為柱色譜的先導粗略判斷混合物中各組分的相對濃度等等。早期的實驗教學中，我們單獨開設“薄層色譜”基本操作實驗，用蘇丹紅溶液、靛酚藍溶液以及它們的混合物作為三個樣品，學生制作薄層板后，在板上展開，計算比移值即可。這種做法在實際應用過程中的局限性非常明顯，學生不太清楚薄層色譜的真正用途。感受最深的是我們學校的學生在2008年第一次參加全國大學生化學實驗邀請賽，在賽場的實驗臺上放有硫酸的展開缸，實際上已經很明顯地提示學生用薄層色譜來跟蹤反應進程，但我們的學生不是很清楚如何使用。痛定思痛后，我們認識到學生做實驗時僅知道實驗原理是不夠的，必須親自動手才能起到真正的效果，于是在2009年即著手改革薄層色譜操作實驗，改變了原有的做法，將薄層色譜操作應用到二苯基乙二酮的合成過程中。該實驗反應時間較短，既保證了在原有教學時數(shù)內完成實驗，又“真刀真槍”地將薄層色譜操作應用到實際過程中，讓學生感受實際的應用過程。二苯基乙二酮粗品采用80%乙醇重結晶提純[10,11]，增加了有機物作溶劑進行重結晶操作的訓練，區(qū)別了乙酰苯胺用水作溶劑重結晶的操作。

實例三：乙酰二茂鐵的制備及柱色譜分離

與理科類專業(yè)實驗教學相比較，工科類專業(yè)有機化學實驗教學的學時數(shù)明顯偏少，因此，我們原先并沒有開設柱色譜相關實驗。為訓練學生安裝、使用電動攪拌基本操作的能力，我們開設有“鄰叔丁基對苯二酚的制備”實驗，在實際的運行過程中，發(fā)現(xiàn)其主要缺陷是實驗用二甲苯作溶劑，實驗室氣味很大，環(huán)境不太友好?；谏鲜鰞煞N因素，同時服務于學生參加各類競賽及深造、工作的實際需求，我們開發(fā)了“乙酰二茂鐵的制備及柱色譜分離”實驗，將電動攪拌操作應用于乙酰二茂鐵的合成中，并增加了柱色譜分離粗品的實驗，在不增加學時數(shù)的情況下，既保證原有操作不丟失，又增加了新的操作[12,13]。

實例四：苯甲酸(微波)與苯甲酸乙酯的制備及減壓蒸餾

早期的實驗中采用購買來的試劑苯甲酸乙酯作原料進行“減壓蒸餾”操作實驗，成本高、效果差。研發(fā)、開設的新實驗包含的基本操作很多，有微波操作、分水器的使用、加熱回流、萃取洗滌、液體物質干燥、低沸點易燃有機溶劑的蒸餾、減壓蒸餾等等，實驗綜合性較強。另外，作為一個連續(xù)性實驗，學生先要合成苯甲酸，再通過酯化反應合成苯甲酸乙酯，最后產品要通過減壓蒸餾來精制，學生必須全面地考查各個實驗環(huán)節(jié)，注重實驗的各個細節(jié)，才能得到滿意的實驗結果。本實驗著重改革了以下幾個方面：

(1)苯甲酸的合成。苯甲酸的合成方法有很多，我們原本是用甲苯作原料、用高錳酸鉀作氧化劑制備而成的，反應時間很長，大約需要4-5 h完成實驗。實驗過程中，將電動攪拌安裝好后基本沒有其他工作可以做了，學生覺得枯燥乏味。從2004年第四屆全國大學生化學實驗邀請賽的競賽內容得到啟發(fā)，我們用苯甲醇作原料，采用微波加熱來合成苯甲酸，反應時間縮短到20 min。其中苯甲醇來源于另一個實驗“苯甲醇與苯甲酸制備”的產品，學生實驗產品得到循環(huán)利用，并包括微波加熱這一新型的實驗手段，起到節(jié)能高效的作用，充分地體現(xiàn)了化學實驗蘊含的綠色化學理念，保障了學生實驗的綠色化，將“思政”元素融入到實驗教學中。

(2)苯甲酸乙酯的合成。苯甲酸乙酯的合成采用共沸脫水的方法，通過分水器將反應過程中產生的水帶出反應體系。我們原本采用苯作帶水劑，毒性較大，學生做實驗時縮手縮腳，近幾年，經過摸索改用環(huán)己烷作帶水劑，極大地提高了實驗的綠色化程度[14]。另外在實驗方案中，原本反應開始時就安裝了分水器，由于學生初次使用該儀器，操作不熟練，分水器放水不當，往往是放出的水太多，導致大量環(huán)己烷滯留在分水器中，影響了反應的進行，苯甲酸反應不完全，在后期的減壓蒸餾時，蒸餾瓶及克氏蒸餾頭上留有很多的固體苯甲酸，毛細管堵塞。我們在改革中先直接加熱回流30 min，等反應基本平衡后再裝上分水器回流脫水，反應就比較完全，實驗效果大大提高。

(3)減壓蒸餾。苯甲酸乙酯通過減壓蒸餾提純，原本采用玻璃水沖泵(后改用自制的銅質水沖泵，俗稱“水老鼠”)作減壓設備用，其最大的優(yōu)點是節(jié)省空間(我們現(xiàn)在做抽濾時還是用這個“水老鼠”)，缺點是學生做完實驗后對整個減壓蒸餾體系不了解，為此，我們自行設計制造了減壓蒸餾小推車，包括完整的緩沖瓶、冷阱、氣體干燥塔(三個)、低真空測壓儀、真空泵等。

實例五：2-甲基-2丁醇的制備

本實驗用格氏反應(Grignard Reaction)制備2-甲基-2丁醇，實驗中采用磁力攪拌，以區(qū)別于其他實驗的電動攪拌。實驗過程中粗產物經洗滌后，要用乙醚萃取。根據分配定律，用相同量的溶劑，分幾次萃取要比一次萃取效率高。因此，一般情況下，分2-4次萃取，就可以把絕大部分被萃取物萃取出來。但學生做實驗時，不太理解這個原理。我們給出以下題目，讓學生去計算，促使學生更加深刻地理解其中的道理。

例題：溶有少量物質A的水溶液30 mL，現(xiàn)用乙醚萃取回收該物質A。已知物質A在水和乙醚中的分配系數(shù)為1 : 5，試問用30 mL乙醚一次萃取，或用30 mL乙醚分兩次萃取，它們的萃取效率如何？

解答：用30 mL乙醚一次萃取。留在水中的量為：

m1= m0(1/5 × 30)/(1/5 × 30 + 30) = 1/6m0

效率為：

(1 - 1/6)m0= 5/6m0= 83.3%

改用30 mL乙醚分兩次萃取。第一次萃取后留在水中的量為：

m1= m0(1/5 × 30)/(1/5 × 30 + 15) = 2/7m0

再經第二次萃取后留在水中的量為：

m2= m1(1/5 × 30)/(1/5 × 30 +15) = 4/49m0

因此，萃取效率為：

(1 - 4/49)m0= 45/49m0= 91.8%

實例六：環(huán)己烯的制備

學生在做了蒸餾與分餾的基本操作實驗后，我們采用半微量儀器開設“環(huán)己烯制備”實驗，有利于學生進一步掌握蒸餾、分餾的原理，更加仔細地觀察實驗現(xiàn)象。本實驗采用邊反應邊蒸出環(huán)己烯(與水的共沸物)的辦法，幾個溫度節(jié)點一定要讓學生要把握好。

第一個節(jié)點是環(huán)己醇與水的共沸點：剛開始反應時，反應還沒有開始，反應瓶中有環(huán)己醇和水，溫度太高，柱頂溫度必然上升到97.8 °C左右。

第二個節(jié)點是環(huán)己烯與水的共沸點：隨著反應的進行，環(huán)己烯的生成量增加，反應瓶中有環(huán)己醇、環(huán)己烯和水，柱頂溫度必然穩(wěn)定在71 °C左右。

第三個節(jié)點是環(huán)己烯的沸點：反應一段時間后，環(huán)己醇基本作用完全，反應瓶中的水也基本帶出，因此，此時如果反應瓶中還有環(huán)己烯，柱頂溫度一般穩(wěn)定在83 °C左右，超過這個溫度表示環(huán)己烯基本蒸完了。

實例七：肉桂酸的制備及熔點測定

熔點測定是初步定性檢測、鑒定有機化合物的基本方法，我們采用Perkin反應制備肉桂酸，經重結晶提純干燥后，用顯微熔點測定儀測定肉桂酸的熔點。同時，提供一個未知樣(事先不告訴學生是什么樣品)，讓學生測定其熔點，從而把熔點測定基本操作融入到實際產品的檢驗中，改變以往只提供一個已知樣品的做法，增強了學生的學習興趣。

實例八：1-溴丁烷的制備

本實驗步驟較多，操作過程較長，要讓學生領會實驗的操作要點，整個實驗就會比較順利完成[15]。

(1)硫酸的濃度：制備1-溴丁烷通常采用NaBr-H2SO4法。本實驗中，H2SO4濃度是一個非常重要的因素。提高H2SO4濃度，加熱回流時有大量的HBr氣體從冷凝管頂端逸出生成酸霧，對HBr的氧化性也增強。降低硫酸的濃度，可使逸出的HBr氣體大大減少，但硫酸濃度如果太低，不利于醇的質子化，影響親核取代反應的進行。研究發(fā)現(xiàn)，本實驗采用63.5%的H2SO4(10 mL濃硫酸+10 mL水)，加熱回流時，基本上沒有HBr氣體從冷凝管頂端逸出。硫酸配制以后，一定要充分冷卻，否則加入到反應瓶后，顏色即會加深。

(2)加熱回流：本實驗學生產品收率不高，一般在30%-40%，因此，要規(guī)范操作，盡可能減少損失。對反應溫度來說，開始反應時不要太高，否則反應生成的HBr來不及反應就會逸出，可以明顯地看到用于氣體吸收的燒杯中的水有氣流波動，檢測水的酸性很強，另外，反應混合物的顏色也會很快變深，操作情況良好時，反應瓶中油層呈淺黃色，如果油層為棕色或棕黑色，說明副反應較為嚴重。過高的反應溫度也有利于1-丁醇分子脫水生成1-丁烯、正丁醚。

在加熱回流過程中逐漸分成油層、水層兩相。如果回流溫度過高，因發(fā)生氧化還原反應生成Br2，油層的顏色由淡黃色(黃色)逐漸變成棕色(深棕色)。隨著反應的進行，顏色又會變淺一些，變成黃色(淡黃色)，其原因除了部分Br2揮發(fā)逸出外，還有可能是Br2與副產物1-丁烯發(fā)生了加成反應，使顏色褪去。

(3)粗蒸餾：餾出液分兩層，通常下層為粗1-溴丁烷，上層為水相，若未反應的正丁醇較多及生成較多的副產物丁醚，或因蒸餾過久蒸出一些溴化氫恒沸物，則液層的相對密度發(fā)生變化，油層可能懸浮或變?yōu)樯蠈?，遇此現(xiàn)象，可加清水稀釋使油層下沉。

3 結語

教學改革，教學相長，取得了應有的成效。得益于有機化學實驗教學內容的改革，學生有了基本的研究創(chuàng)新思維和較強的動手能力，有利于實驗教學向第二課堂延伸，將新開發(fā)的綜合性實驗、研究探索性實驗等應用到大學生課外科技活動，讓學生帶著問題進入實驗室，第二課堂與第一課堂齊頭并進，促進學生多樣化成才。我校學生在全國高?；瘜W學科面向本科生的各類學科競賽中均取得了優(yōu)良的成績，也為學生繼續(xù)深造和工作打下了堅實的基礎。同時，實驗教學改革極大地提高了教師的教學和教研水平，已獲得了多項省部級教學成果獎，編輯出版的《新編基礎化學實驗II-有機化學實驗》教材先后被評為浙江省高?！笆濉眱?yōu)秀教材、“十三五”新形態(tài)教材，被多所省內外高校采用作為教學用書，并有力地支撐了基礎化學實驗國家精品、國家級精品資源共享課程、有機化學實驗省級一流課程以及化學化工國家級實驗教學示范中心的建設。當然，套用一句老話，改革永遠在路上，實驗教學改革是永無止境的，包括實驗教學的內容、教學方法、教學手段等，隨著科學技術的日新月異，都應當與時俱進，以不斷地適應乃至超前于人才培養(yǎng)的需要。