民族院校中有机化学教学绿色化模式的改革与实践

陈玉,罗冬冬,李云

摘要：《有机化学》和《有机化学实验》是我校多个理科学院多个本科专业的基础必修课，绿色化学作为有机化学的一项重要的研究内容，应该体现在其教学内容和课程体系改革中。结合本校实际，对基础有机化学理论和实验绿色化模式进行了改革和思考。

关键词：绿色化学；有机化学；有机化学实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）13-0049-03

我校是少数民族高等院校，绝大部分学生来自于偏远少数民族地区，为少数民族地区经济、文化、教育、科技的可持续性发展培养优秀人才是学校的光荣使命。进入21世纪后，高等教育的培养目标已不再是单纯的专业技术人才，而是要有高度的社会责任感、优秀的专业技术素质、较高的环境意识、能把问题放在社会环境中综合考虑的高素质人才。《有机化学》和《有机化学实验》是我校化学与材料科学学院、生科院和药学院三个学院多个本科专业的基础必修课，其重要性毋庸置疑。有机化学理论知识的系统掌握和有机实验技能的提高将为学生后续专业课程的学习奠定基础，绿色化学教育作为有机化学的一项重要的研究内容，应该体现在它的教学内容和课程体系改革中。用绿色化模式对传统有机化学教学进行改革，在教学中渗透绿色化学思想既能提高有机化学教学效果，也有利于激发学生的学习兴趣培养其创造力，增强他们的环保意识，使他们毕业后能更好地为民族地区的发展服务。我们有机教研室近年来承担了本校三院多个专业的所有有机化学及实验的教学工作，在教学实践中结合学生自身特点和各个专业需要，对传统有机化学进行绿色化模式的改革，取得了良好的教学效果。

一、有机理论教学内容绿色化模式的探讨

把绿色化学的理念贯穿于有机化学教学中，教学内容体现了绿色化学的新内容和新成果。教师在理论教学和实验教学等方面，让学生了解绿色化学，树立起绿色意识。有机化学的教学要尽可能地反映时代发展的特色，进入21世纪后为保护人类生存环境的需要，绿色化学技术已成为当前有机化学的热点和前沿之一，其研究内容涉及再生的原料、溶剂、催化剂、试剂、设计安全的化学品及绿色合成方法等，因此在有机化学理论教学过程中有必要结合讲授内容适时地增加环境保护、绿色化学方面的知识以适应新世纪的要求。针对近年来基础有机化学教学学时缩短的背景（如我校化学专业有机化学从108学时缩短至96学时，有机实验从72学时缩短至60学时），在有机化学理论课的教学中全方位多视角地讲授绿色化学已不太现实，我们的策略是在满足有机化学教学的基本前提下，将绿色化学的内容有机地融入到传统的教学内容中，涉及绿色化学方面知识及时地进行适当的知识更新和思维的拓展，教学时间比较灵活，多则5～8分钟，少则2分钟，不会对原本紧张的教学时间造成冲击，还能使课程内容丰富具有活力[1]。我校化学专业有机化学所用教材是胡宏纹院士编写的《有机化学》（第三版），我们在讲到卤代烷时会引出制冷剂氟里昂在光照条件下会破坏大气层中的臭氧平衡的实例，如果失去臭氧层的保护，照射到地面的太阳光紫外线增强，其中波长为240～329纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用，对生物圈中的生态系统和各种生物，包括人类，都会产生不利的影响，因此生成绿色环保的制冷剂是势在必行的。在讲解Diels-Alder反应的特点时，让学生了解到该反应不仅产率高，而且其原子利用率达到了100%，无废弃物生成，符合绿色化学的要求是合成环状化合物的重要方法之一，进一步引申除了D-A等加成反应外，重排反应的原子利用率也能达到了100%，另外取代反应、消除反应也是符合原子经济性原则的有机反应。在芳烃的讲授中我们会告诫学生汽车的尾气及香烟燃烧的烟雾中都含有致癌作用的稠环芳烃苯并芘，含多卤代芳烃的农药，除草剂在自然环境中难降解，毒性大，长期使用会对环境和生态产生不可逆转的影响，倡导学生选择绿色生活方式，树立绿色环境意识，做到人与自然和谐共处。由于绿色化学的内容包含化学及其相关学科先进的思想理念和新颖的科技成果，教师通过这种在恰当的知识点中渗透绿色化学的模式，有利于调动学生学习有机化学的兴趣，培养学生的创造力。

二、有机实验绿色化模式的探讨

有机化学实验教学对学生科学思维、动手能力和创新意识的培养起着重要作用，但大部分有机实验都会产生污染，这些污染主要是实验过程中产生的一些有臭味有毒或有腐蚀性的副产物、反应中需要使用的部分有毒的试剂和溶剂、反应结束后对产物进行后处理时产生的污染物等。对这些污染物处理不当，常常会使有机实验室甚至整层楼中充满了有刺激性气味的有毒性气体，毒害师生的健康，污染环境，这就要求教师在实验教学中既要科学、直观地展示实验所要达到的目的，又要尽量减少实验过程中有毒试剂的用量，提高试剂的利用效率，减少对环境的污染[2，3]。针对这些问题，笔者所在教学团队在结合本校实际情况对有机实验的绿色化模式进行了一些有益的探索和实践，取得了良好的效果，现将这些探索和实践总结如下。

1.有机实验教材建设绿色化。有机实验要体现基础与前沿、经典与现代的有机结合；改造传统的实验教学内容和实验技术方法，加强综合性、设计性与创新性实验，为了使学生在接受部分绿色化学理论的同时掌握绿色化学实验操作技能，培养绿色化学情感，2010年罗冬冬老师主编的《有机化学实验》化学工业出版社正式出版并选做为我校三个学院多个专业的实验教材。教材自始至终贯穿着绿色化学的理念，精心选择实验内容，优选实验项目，删去部分对师生健康影响大、对环境毒害大、对有机实验基本操作训练作用较小的制备实验，对一些污染大的合成制备实验选择以水或离子性溶液等可重复再生型的溶剂进行制备，引入微波辅助加热等新技术或新的合成路线，教材采用微量及半微量实验，新型的微量及半微量实验试剂的用量比传统的有机实验的试剂用量减半甚至更多，这样在保障实验教学效果的前提下，不仅可以节约实验用的试剂、降低实验经费、缩短实验所需的反应时间，还减少了污染物质的排放，更加降低了治理污染的难度。实验内容丰富且绿色化，实验内容不仅包含传统的有机合成实验，也有部分天然产物的提取和分离实验[4]。

2.实验规划绿色化。我们在学生单人单组进行有机实验，保证实验教学质量的基础上，对有机实验整体规划，在积极开展微量或半微量实验教学的同时，合理规划有机实验顺序，尽量做到从简单合成向系列化多步合成过渡，使合成产物循环使用，实现零排放。例如我们在第一学期的合成实验中合成的苯甲酸乙酯经无水处理后可以作为原料用于下学期的三苯基甲醇的合成实验中，高年级学生合成的产物乙酰苯胺可以作为低年级学生练习重结晶操作的原料，正溴丁烷作为烷基化试剂用于化学综合实验中。

3.实验过程绿色化。反应条件如反应温度、试剂、溶剂或某些反应中带水剂的选择是实验过程是否达到绿色化的关键之一。如在正溴丁烷的合成实验中回流时温度过高会使正丁醇炭化，正溴丁烷产率降低，还会增加污染环境的酸性尾气二氧化硫，单质溴和溴化氢的生成，需要学生通过调节电压控制回流速度以1～2滴/秒，以避免产生大量酸性尾气；反应结束后还要冷却5～10分钟后才能关掉冷凝水管拆去尾气吸收装置。在国内大多数有机实验教材中环己酮的制备是通过重铬酸钾的硫酸溶液氧化环己醇而得，这种方法中硫酸用量较大，生成的铬离子污染环境，后处理烦琐，苏州大学郭晓稚等报道了用绿色氧化剂H2O2代替铬酸制备环己酮的方法[5]；苯甲酸乙酯的合成中使用的带水剂是苯，由于苯的毒性较大，有文献[6]报道了其合成的改进方法用环己烷代替致癌带水剂苯，可以采用对比实验教学法分别用铬酸、苯等传统氧化剂、带水剂和H2O2、环己烷等绿色试剂来合成环己酮和苯甲酸乙酯，使学生在实验过程中能直观感受到这些方法的本质区别，通过相互交流，加强对绿色化学理念的理解。实验过程绿色化的另一个重要方面是对实验废弃物的妥善处理，有机化学实验中的废弃物主要是实验过程中产生的一些有臭味有毒或有腐蚀性的副产物、反应结束后对产物进行后处理时产生的污染物等，我们的方法是学生能自己处理的废弃物就让其自行处理后排放，不能自己处理的就收集与表明成分的废液桶中集中处理，如在正溴丁烷的制备中吸收尾气的氢氧化钠溶液就可以中和洗涤正溴丁烷中杂质的浓硫酸。有机溶剂如苯、乙醚、乙醇等则分别回收到指定容器中，经重新蒸馏纯化后可重新使用，这样既可以培养学生绿色化学思想，还可以节约资源，减少化学品的排放。

绿色化学的基本思想是利用一系列原理来降低或消除化工产品的设计、生产及应用中有害物质的使用和产生的科学。绿色化学理念体现了现代化学理论与社会的相互联系，从绿色化学的角度审视传统的有机理论和实验教学，给基础有机化学教学改革，更新教师的知识结构来提高有机化学教学效果提供了切入点。我们要用节约能源和防治污染的观点去重新审视和改革传统的有机化学理论和实验教学，把绿色化学和原子经济反应的理念引入到有机化学理论和实验教学中，改变传统的教学和实践脱节的困境，培养学生爱护资源保护环境的意识，最终从源头上解决环境与生态的困境，可以达到提高有机化学理论和实验教学的质量的目的，为经济相对落后的民族地区输送德才兼备的高素质人才，为少数民族地区经济的发展做贡献。

参考文献：

[1]李汝雄，王建基，胡应喜.化学的绿色化[J].化工高等教育，2002，（4）：37-39.

[2]王敏，宋志国，王秀丽，等.绿色化学理念与实验[M].北京：化学工业出版社，2010：4.

[3]任玉杰.绿色有机化学实验[M].北京：化学工业出版社，2007：4.

[4]罗冬冬.有机化学实验[M].北京：化学工业出版社，2011：11.

[5]郭晓稚，陆新华，姜文清，等.环己酮合成实验的改进[J].大学化学，2011，26（6）：60-63.

[6]汪云松，李霁良，何严萍，等.合成苯甲酸乙酯的改进方法[J].大学化学，2010，25（2）：36-38.

基金项目：2012年湖北省高等学校省级教学研究项目（JYS12009）；中南民族大学国家级民族药学实验教学中心资助。

作者简介：陈玉（1970-），女，湖北建始人，博士，副教授，主要从事有机化学教学与研究。

2.实验规划绿色化。我们在学生单人单组进行有机实验，保证实验教学质量的基础上，对有机实验整体规划，在积极开展微量或半微量实验教学的同时，合理规划有机实验顺序，尽量做到从简单合成向系列化多步合成过渡，使合成产物循环使用，实现零排放。例如我们在第一学期的合成实验中合成的苯甲酸乙酯经无水处理后可以作为原料用于下学期的三苯基甲醇的合成实验中，高年级学生合成的产物乙酰苯胺可以作为低年级学生练习重结晶操作的原料，正溴丁烷作为烷基化试剂用于化学综合实验中。

3.实验过程绿色化。反应条件如反应温度、试剂、溶剂或某些反应中带水剂的选择是实验过程是否达到绿色化的关键之一。如在正溴丁烷的合成实验中回流时温度过高会使正丁醇炭化，正溴丁烷产率降低，还会增加污染环境的酸性尾气二氧化硫，单质溴和溴化氢的生成，需要学生通过调节电压控制回流速度以1～2滴/秒，以避免产生大量酸性尾气；反应结束后还要冷却5～10分钟后才能关掉冷凝水管拆去尾气吸收装置。在国内大多数有机实验教材中环己酮的制备是通过重铬酸钾的硫酸溶液氧化环己醇而得，这种方法中硫酸用量较大，生成的铬离子污染环境，后处理烦琐，苏州大学郭晓稚等报道了用绿色氧化剂H2O2代替铬酸制备环己酮的方法[5]；苯甲酸乙酯的合成中使用的带水剂是苯，由于苯的毒性较大，有文献[6]报道了其合成的改进方法用环己烷代替致癌带水剂苯，可以采用对比实验教学法分别用铬酸、苯等传统氧化剂、带水剂和H2O2、环己烷等绿色试剂来合成环己酮和苯甲酸乙酯，使学生在实验过程中能直观感受到这些方法的本质区别，通过相互交流，加强对绿色化学理念的理解。实验过程绿色化的另一个重要方面是对实验废弃物的妥善处理，有机化学实验中的废弃物主要是实验过程中产生的一些有臭味有毒或有腐蚀性的副产物、反应结束后对产物进行后处理时产生的污染物等，我们的方法是学生能自己处理的废弃物就让其自行处理后排放，不能自己处理的就收集与表明成分的废液桶中集中处理，如在正溴丁烷的制备中吸收尾气的氢氧化钠溶液就可以中和洗涤正溴丁烷中杂质的浓硫酸。有机溶剂如苯、乙醚、乙醇等则分别回收到指定容器中，经重新蒸馏纯化后可重新使用，这样既可以培养学生绿色化学思想，还可以节约资源，减少化学品的排放。

绿色化学的基本思想是利用一系列原理来降低或消除化工产品的设计、生产及应用中有害物质的使用和产生的科学。绿色化学理念体现了现代化学理论与社会的相互联系，从绿色化学的角度审视传统的有机理论和实验教学，给基础有机化学教学改革，更新教师的知识结构来提高有机化学教学效果提供了切入点。我们要用节约能源和防治污染的观点去重新审视和改革传统的有机化学理论和实验教学，把绿色化学和原子经济反应的理念引入到有机化学理论和实验教学中，改变传统的教学和实践脱节的困境，培养学生爱护资源保护环境的意识，最终从源头上解决环境与生态的困境，可以达到提高有机化学理论和实验教学的质量的目的，为经济相对落后的民族地区输送德才兼备的高素质人才，为少数民族地区经济的发展做贡献。

参考文献：

[1]李汝雄，王建基，胡应喜.化学的绿色化[J].化工高等教育，2002，（4）：37-39.

[2]王敏，宋志国，王秀丽，等.绿色化学理念与实验[M].北京：化学工业出版社，2010：4.

[3]任玉杰.绿色有机化学实验[M].北京：化学工业出版社，2007：4.

[4]罗冬冬.有机化学实验[M].北京：化学工业出版社，2011：11.

[5]郭晓稚，陆新华，姜文清，等.环己酮合成实验的改进[J].大学化学，2011，26（6）：60-63.

[6]汪云松，李霁良，何严萍，等.合成苯甲酸乙酯的改进方法[J].大学化学，2010，25（2）：36-38.

基金项目：2012年湖北省高等学校省级教学研究项目（JYS12009）；中南民族大学国家级民族药学实验教学中心资助。

作者简介：陈玉（1970-），女，湖北建始人，博士，副教授，主要从事有机化学教学与研究。

2.实验规划绿色化。我们在学生单人单组进行有机实验，保证实验教学质量的基础上，对有机实验整体规划，在积极开展微量或半微量实验教学的同时，合理规划有机实验顺序，尽量做到从简单合成向系列化多步合成过渡，使合成产物循环使用，实现零排放。例如我们在第一学期的合成实验中合成的苯甲酸乙酯经无水处理后可以作为原料用于下学期的三苯基甲醇的合成实验中，高年级学生合成的产物乙酰苯胺可以作为低年级学生练习重结晶操作的原料，正溴丁烷作为烷基化试剂用于化学综合实验中。

3.实验过程绿色化。反应条件如反应温度、试剂、溶剂或某些反应中带水剂的选择是实验过程是否达到绿色化的关键之一。如在正溴丁烷的合成实验中回流时温度过高会使正丁醇炭化，正溴丁烷产率降低，还会增加污染环境的酸性尾气二氧化硫，单质溴和溴化氢的生成，需要学生通过调节电压控制回流速度以1～2滴/秒，以避免产生大量酸性尾气；反应结束后还要冷却5～10分钟后才能关掉冷凝水管拆去尾气吸收装置。在国内大多数有机实验教材中环己酮的制备是通过重铬酸钾的硫酸溶液氧化环己醇而得，这种方法中硫酸用量较大，生成的铬离子污染环境，后处理烦琐，苏州大学郭晓稚等报道了用绿色氧化剂H2O2代替铬酸制备环己酮的方法[5]；苯甲酸乙酯的合成中使用的带水剂是苯，由于苯的毒性较大，有文献[6]报道了其合成的改进方法用环己烷代替致癌带水剂苯，可以采用对比实验教学法分别用铬酸、苯等传统氧化剂、带水剂和H2O2、环己烷等绿色试剂来合成环己酮和苯甲酸乙酯，使学生在实验过程中能直观感受到这些方法的本质区别，通过相互交流，加强对绿色化学理念的理解。实验过程绿色化的另一个重要方面是对实验废弃物的妥善处理，有机化学实验中的废弃物主要是实验过程中产生的一些有臭味有毒或有腐蚀性的副产物、反应结束后对产物进行后处理时产生的污染物等，我们的方法是学生能自己处理的废弃物就让其自行处理后排放，不能自己处理的就收集与表明成分的废液桶中集中处理，如在正溴丁烷的制备中吸收尾气的氢氧化钠溶液就可以中和洗涤正溴丁烷中杂质的浓硫酸。有机溶剂如苯、乙醚、乙醇等则分别回收到指定容器中，经重新蒸馏纯化后可重新使用，这样既可以培养学生绿色化学思想，还可以节约资源，减少化学品的排放。

绿色化学的基本思想是利用一系列原理来降低或消除化工产品的设计、生产及应用中有害物质的使用和产生的科学。绿色化学理念体现了现代化学理论与社会的相互联系，从绿色化学的角度审视传统的有机理论和实验教学，给基础有机化学教学改革，更新教师的知识结构来提高有机化学教学效果提供了切入点。我们要用节约能源和防治污染的观点去重新审视和改革传统的有机化学理论和实验教学，把绿色化学和原子经济反应的理念引入到有机化学理论和实验教学中，改变传统的教学和实践脱节的困境，培养学生爱护资源保护环境的意识，最终从源头上解决环境与生态的困境，可以达到提高有机化学理论和实验教学的质量的目的，为经济相对落后的民族地区输送德才兼备的高素质人才，为少数民族地区经济的发展做贡献。

参考文献：

[1]李汝雄，王建基，胡应喜.化学的绿色化[J].化工高等教育，2002，（4）：37-39.

[2]王敏，宋志国，王秀丽，等.绿色化学理念与实验[M].北京：化学工业出版社，2010：4.

[3]任玉杰.绿色有机化学实验[M].北京：化学工业出版社，2007：4.

[4]罗冬冬.有机化学实验[M].北京：化学工业出版社，2011：11.

[5]郭晓稚，陆新华，姜文清，等.环己酮合成实验的改进[J].大学化学，2011，26（6）：60-63.

[6]汪云松，李霁良，何严萍，等.合成苯甲酸乙酯的改进方法[J].大学化学，2010，25（2）：36-38.

基金项目：2012年湖北省高等学校省级教学研究项目（JYS12009）；中南民族大学国家级民族药学实验教学中心资助。

作者简介：陈玉（1970-），女，湖北建始人，博士，副教授，主要从事有机化学教学与研究。