优化有机化学实验内容减少化学试剂的消耗和污染

【摘要】对有机化学实验内容进行优化,将循环经济中的3R原则应用到有机化学实验教学改革中,可减少实验教学中化学试剂的消耗,使化学试剂能回收利用和循环使用,减少了环境污染物的排放。

【关键词】有机化学实验化学材料节约再利用

有机化学实验对化学试剂消耗大,在不影响教学效果的前提下如何减少化学试剂的消耗,是教学改革的目标之一。笔者将循环经济中的3R(Reduce——减量化、 Reuse——再使用、 Recycle——再循环)原则应用到有机化学实验的改革中,取得了较好的效果。

一、 优化实验内容

教学内容的制定应符合人才培养目标的要求。化学与化工工艺专业的有机实验一般为4学时,包括性质实验、制备或合成实验、分离操作实验(蒸馏、萃取)等。在不影响教学效果的前提下,笔者以减少化学试剂的消耗为出发点,对实验内容进行了优化。优化的重点在制备实验和分离操作实验部分,因为这些实验选择的弹性大。通过反复论证,各实验之间建立一定的联系,通过微型化实验、连续多步实验及试剂的回收使用和循环使用达到节约的目的。当然,内容的选取不能仅仅是节约,应考虑反映的典型性和操作的代表性,更应注重能力的培养。优化后的实验内容包括:有机化合物的性质实验(不饱和烃的性质、酚的性质、醛酮的性质等,将性质实验整合在一起);熔点的测定;有机化合物的萃取和洗涤;蒸馏实验(学习蒸馏的理论和操作);茶叶中咖啡因的提取(学习萃取理论,练习索氏提取器的使用);绿色植物色素的提取和色谱分离;正溴丁烷的制备(取代反应,练习使用有害气体装置的回流操作,学习液体化合物的干燥方法);对硝基苯甲酸的制备(氧化反应,掌握化学分离、过滤、固体干燥的基本操作);对硝基苯甲酸乙酯的制备(酯化反应和可逆反应,掌握回流操作、低沸点物质的干燥);对氨基苯甲酸乙酯的制备(硝基还原反应,练习萃取、结晶、乙醚的回收安全操作);联苯羰基丙酸的制备(酰基化反应,综合实验,掌握无水操作、水蒸气蒸馏操作、过滤操作等);阻燃剂的制备和性能测定等。实验内容的选择为实现化学试剂的节约奠定了基础。

二、 开展微型化实验,实现化学材料的减量化

微型化学实验具有节省试剂、减少污染、缩短学时等优越性。但是常规实验和微型实验有各自的优势和不足,将所有的实验实行微型化是不可行的。笔者选择部分实验进行微型实验研究,取得了一定的效果。如正溴丁烷的合成实验,常规实验中正丁醇9.2 ml;溴化钠13克,浓硫酸14 ml,加热反应时间1小时;微型实验用量正丁醇1.5 ml,溴化钠(2 g),浓硫酸2 ml,加热反应时间0.5 h。微型化实验不仅减少了正丁醇、溴化钠、浓硫酸的消耗,而且减少了有毒气体溴化氢的排放。

三、 设计多步连续化实验,实现中间产品的再利用

传统的有机合成实验都是一个个独立的实验,所合成的产品无使用价值便倒入下水道,既浪费,又污染了环境。笔者调整实验项目,将几个实验连接起来,前一个实验的产品是后一个实验的原料,这样既节约了原料,又减少了污染物的排放。同时,学生以自己的产品作原料进行下一步实验,可迫使学生从一开始就认真操作,设法提高产率。在制备实验中,笔者开设了对硝基苯甲酸的制备→对硝基苯甲酸乙酯的制备→对氨基苯甲酸乙酯的制备,三个实验相连接,用自己制备的对硝基苯甲酸酯化制备对硝基苯甲酸乙酯,酯化的产品再进一步还原制备了对氨基苯甲酸乙酯,效果非常好。

四、 注重试剂的回收再利用和循环使用

减少浪费的措施之一就是资源的回收利用和循环利用。在有机实验中笔者也作了一定的尝试。如“茶叶中咖啡因的提取”实验,用95%的乙醇作溶剂,每组需用150 ml,整个实验对乙醇的消耗很大,而且95%的乙醇相对较贵,浪费严重。笔者练习蒸馏操作时安排了酒精的蒸馏,用的原料是工业酒精,价格便宜,而蒸馏得到的产品是95%乙醇,正好可以用于咖啡因的提取。而且提取咖啡因后的乙醇又可以作为蒸馏的原料循环使用。对氨基苯甲酸乙酯的制备中用乙醚做萃取剂,用后的乙醚要求学生蒸馏回收,下一班学生再使用。这些措施的实施,既减少了试剂的消耗,又增强了学生的节约意识。

【参考文献】

[1]朱红梅,金射凤等.浅谈微型有机化学实验改革与实践[J].高等理科教育,2006 (6)

[2]李瑞珍,郭英.探讨有机化学实验改革、倡导实施绿色化学教育[J].实验室科学,2006(6)

[3]卢江红.有机实验课程改革的几点探讨与思考[J].漳州师范学院学报,2003(4)

【作者简介]李桂芬(1965-),女,河北南宫人,华北科技学院环境工程系副教授,研究方向:基础化学的教学和研究。

(责编黎原)