有机化学实验绿色化教学的探索与研究

戴鸣辉

（长春工业大学人文信息学院，吉林 长春 130122）

1.绿色化学概念的提出与有机化学实验的污染现状

伴随着工业科学技术的日益发展，环境污染已成为人类生活中不可忽视的重要问题之一。据统计，目前传统化学产业每年制造的有害废物已达3—4亿吨，一些重金属及其化合物酚类和氰类污染造成的鱼贝类中毒，一氧化二氮和甲烷等温室气体造成的全球气温升高等现象层出不穷，严重威胁着人类生存环境的清洁健康，于是“绿色化学”的概念应运而生并伴随着环保观念的流行而渐入人心。

“绿色化学”，其核心内容为提高对原料的有效利用，尽量消除和避免使用有毒和危险试剂，并争取将反应物的原子全部转化为期望的最终产物。

在高校化学教学过程中，有机实验是基础课程中不能忽略的重要一环，但是因开设相关实验的高校多、项目繁杂，且存在药品浪费严重，甚至随意处理废气废液等现象，难免聚沙成塔累积效应，无形中给实验室及外部环境带来负面影响。因此，我们应该采取有效手段加以预防和解决，将有机化学实验的绿色化作为一个崭新的课题加以探讨研究。

2.实现有机化学实验“绿色化“教学目标的若干措施

2.1 绿色化学意识的树立与培养

若想树立学生的绿色化学意识要求教师能够率先把握环保低碳理念，并积极实施环境无害化学实验管理模式。为此，应首先将绿色化学的相关概念及原则融入到课堂管理中，并进行科学指导。例如，在课前预习阶段积极引导学生以查找资料的方式初步了解相关实验试剂的毒性及其对环境产生的损害和影响，并鼓励学生不拘泥于教材，通过改良步骤或运用技术手段减少对生态环境有害的原料、催化剂的使用，并有针对性地降低有害副产物的产生和排放[1]。再如，应密切关注实验整体的进行情况，及时纠正一些因意识疏忽而造成的装置安装问题，阻止因其导致的仪器损害或有毒物质泄漏现象的出现。通过教学过程，潜移默化地影响学生，使之在观念上重视化学实验绿色化，在学习中掌握更新实现绿色化学目标的方法途径。

另外，可在教学过程中将能否贯彻绿色化学意识、积极实施对环境友好举措作为考核项目之一，杜绝学生在实验过程中不慎造成的药品浪费、随意丢弃废物等现象的发生。

2.2 实验试剂的选用与教学内容的革新完善

在有机化学实验中，难免使用一些易燃易爆、有毒或有腐蚀性的原料，这些试剂不但用量大，而且存在危险和污染，如果能勇于突破定性思维和教材，在保证实现原有教学目标的同时，有针对性地选取低碳无害试剂，也能起到推广“绿色化学”的目的。比如在原料与催化剂的革新方向上，可用无毒高效原料代替有毒原料，用新型催化剂取代腐蚀性严重的催化剂。在此试举两例：在利用硝酸氧化环己醇和环己酮制备1.6—己二酸的实验中，传统教科书一般选用高锰酸钾作为氧化剂。高锰酸钾具有放热强烈、有毒等不良特性，并不符合低碳环保标准，但若改用过氧化氢做氧化剂，则副产物是水，其污染程度不会随反应的进行而增加，部分实现了绿色化学目标的达成。又如，在乙酸正丁酯制备过程中，将具有腐蚀性、易产生碳化异构化等副反应的催化剂浓硫酸，改为固体催化剂一水合硫酸氢钠，不但能够降低实验过程中“三废”的生成量，还能将产品率由70%提高到90%，起到了事半功倍的效果。另外，可选用学生熟悉的天然食品代替有机药物完成教学任务，如在利用茶叶提取咖啡因的过程中使学生掌握索氏提取器的用法；采用橘皮改良过去使用的苯甲醛完成水蒸气蒸馏实验，而蒸馏得到的柠檬烯又具有光学活性，可将其进一步用作测定旋光度的原料[2]。

在教学设计环节，应使实验内容及实施方式趋向低碳环保。

内容低碳化主要反映在合成路线的设计上，可用综合性较强、合成路线较复杂的实验代替目的过于单一的项目。如仅选取溴乙烷的制备这一个实验，就能够学习吸收有害气体、蒸馏、分液、萃取、干燥等重要方法，可大大降低实验项目无意义的重复性。另外，可适时设计一些具有连续性的实验，使回收到的产物作为反应物而被重新利用。如在甲基橙的制备实验中得到的产物可作为重结晶实验的主要试剂而被循环使用，将制备好的乙酰水杨酸用于阿司匹林原料药的检验等。这样设计的优势还在于，因前一产品质量的优劣将影响后续实验的进行，可提高学生对结果真实性与可靠性的感悟，通过连续的实验过程，培养其环保节约意识。

实施方式的低碳化主要在剂量的半微量或微量化过程中得以体现。将一些污染较严重实验的规模进行相应的缩小处理，是运用预防化学污染的新方法新技术对常量实验进行改革的必经之路。例如在茶叶提取咖啡因的实验中，将乙醇用量从150ml降低至70ml即能提取到产物咖啡因，再如环己酮的制备及苯乙酮的制备实验中，可将有害原料环己醇和乙酸酐用量减少到原量的1/5，除提高实验绿色化外又能有效地提高产率。由此可见，微量实验值得推广的原因在于节约能源减少污染，降低有机实验的危险性，同时减少了因处理“三废”带来的压力。除此而外，微量及半微量实验的规模更接近于科研现状，它的安全性和低成本大大促进了开放式实验教学项目的开出率，提升了学生的动手能力和胆大心细的实验态度，因此，在教学过程中采取常量和微量实验交替配合的模式，将更有利于化学实验绿色化目标的实现。

2.3 合理进行三废处理

在有机化学实验中，若不将“三废”进行合理有效的处理而直接排放，将会对环境和人体产生一定的污染和伤害。因此在实验过程中应结合以下几点有效提高实验室中对“三废”的处理效率：

（1）废气的处理：实验中应合理使用通风橱，并在尾气排出装置处安装气体净化装置。对于在实验进行过程中产生的有害气体应用专门的吸收装置进行吸收。

（2）废液的处理：可将废液分类为酸碱及有机试剂进行分别处理。酸碱可混溶中和并调节pH值在6.5—8.5之间，并用水将其稀释后排放；对于乙醇、乙酸乙酯等有机试剂，可在积攒到一定体积后进行重蒸提纯，并作为反应物应用于后续的实验中。对于一些在学校条件内无能力进行处理的废产品，切不可直接将其倒入下水道或排放到大气中，应定期送到专门地点进行生化处理。

（3）废渣的处理：有机实验所产生的废渣一般为有毒易燃易爆的固体，应统一回收并将其埋于地下固定地点。尤其需要注意的是特殊但常用试剂的处理方式，如在破损温度计洒落的微小汞珠上撒上硫粉，使其合成毒性较小的硫化汞，减少环境损害等。

2.4 将节约意识与绿色化学观念相结合

建设节约型社会是赢得国际竞争优势的重要战略之一，作为未来化工行业的主流人才，我们有必要在化学实验的学习过程中重视资源意识和节约意识的养成。除去精简实验项目，控制原料使用量外，也要注意水电的使用，从小处做起，才能将此观念深植于学生的头脑之中。比如在蒸馏回流等步骤中，冷凝装置一组组相连的搭建方法即可大大降低自来水的用量。

2.5 科学技术的引入与完善

科学技术的不断发展为实验室实现绿色低碳目标提供了技术支持和保障，在教学过程中适当引用微波技术、多媒体技术已成为实践教学的大势所趋。

（1）微波技术。微波作为一种新能源，可用于多种化学实验之中，已成为一种加速有机反应的经典技术。它具有极大提高有机反应时间，使受热体系升温均匀、控制方便、产率高和产品易于纯化等特点。如在合成肉桂酸的实验中，将苯甲醛等反应物的加热时间由回流1.5小时缩短为微波辐射条件下的20分钟，在此条件下可降低副产物产量，随之而来的分离提纯步骤减少，基本实现了“零排放”目的[3]。据目前研究表明，利用微波技术的化学反应，可减少甚至不用溶剂，对环境污染极低。酯化反应、重排反应、偶联反应、酯交换反应及有机金属反应均可利用微波技术实现反应速度的最大化[4]。

（2）多媒体技术。采用多媒体技术模拟实验进程是“绿色化学”理念下值得重视和使用的科学技术之一。在有机教学中，存在一些污染严重却又不得不要求学生全面掌握的实验项目，此时借助于计算机技术呈现真实完整的反应过程，可以弥补因实验条件不足带来的负面影响。学生也可学会在接受传统课堂教学的方式外，充分利用网络资源，展开全方位学习，有利于其自主性及创新意识的提高。

3.结语

绿色化学因其符合对环境友好的目标，将会被越来越多的人们所重视，可以说，它是工业及实验室化学发展的必由之路。面对新世纪日益严峻的环境恶化现状，高校教学部门不但要提高教师素质与环保意识，调整课程设置，优化课程体系，设计安排更多污染小、废弃物低排放的低碳化学实验，还要从思想意识上让学生接受绿色化学观念，理解并掌握绿色化学的精髓，更要培养其对科学方法及前沿技术的操作及创新能力。

[1]虞春妹，刘晟波.高校有机化学实验的绿色化管理路径探究[J].中国现代教育装备，2010，（7）.

[2]方东，杨锦明，王庆东.结合示范中心建设探索有机化学教学改革[J].实验室研究与探索，2010，29（12）：82-84.

[3]张文铁.典型有机化学实验的绿色化研究[J].安徽化工，2006，（6）.

[4]纪顺俊，史达清.现代有机合成新技术[M].北京：化学工业出版社，2009.