开放性、绿色化有机化学实验教学内容的优化与实践

李秋莲，万 宏，刘 嵩

（华中科技大学 化学与化工学院，武汉 430074）

开放性、绿色化有机化学实验教学内容的优化与实践

李秋莲，万 宏，刘 嵩

（华中科技大学 化学与化工学院，武汉 430074）

为了提高有机化学教学质量，该文在有机化学实验教学中合理安排多步骤合成实验、选用绿色催化剂、在综合实验中增加废液回收利用设计以及进行微量合成等绿色化教学方面进行了有益的探索和实践。同时，开放实验教学内容的优化和开放实验选课平台的建立为绿色化教学的实施提供了支持。有机化学实验绿色化的实施不但减少了环境污染，强化了学生的环保意识，而且提高了学生的学习兴趣、综合素质和创新能力，达到了良好的教学效果。

有机化学实验；教学内容；绿色化；开放性

有机化学实验是大学有机化学教学的重要组成部分，也是培养学生创新意识、创新能力的重要组成部分。绿色化是21世纪实验室建设和实验教学工作的方向和目标，实验教学环节也成为培养学生绿色环保理念的第一重要环节［1-3］。为了提高教学质量、在实验教学过程中渗透绿色化学思想，华中科技大学化学与化工学院化学实验中心不断加大实验教学投入，在有机开放实验和绿色化实验的教学内容和方法上做了一些有益的探索和实践。

1 有机化学实验的绿色化设计和实施

1.1 优化实验项目，合理安排多步合成实验

在开设制备合成实验当中，我们根据教材上的实验内容［4-5］，进行实验整合。成一组大实验，例如:苯甲酸→苯甲酸乙酯→三苯甲醇→三苯基氯甲烷→三苯基自由基。第一次实验是为下次实验合成原料，一旦上一次实验失败则下一个实验就无法进行，所以必须保证每一步都成功，才能得到最终的目标产物。这种多步骤实验提高了实验要求，学生必须认真对待实验的每个环节，充分调动了学生做实验的积极性，学生的综合实验能力得到提高。多步合成实验的开设节约了原料，减少了污染，减少了回收产品量，从而降低了环境污染，符合绿色化教学的要求。

1.2 选择绿色催化剂

我们在实验教学中引入绿色实验技术手段，实现了环己烯绿色合成的半微量化教学［6-10］。在环己烯合成中，以强酸性树脂代替浓硫酸。环己烯的合成实验通常采用浓H2SO4和H3PO4做催化剂脱水制得。使用浓H2SO4或者H3PO4作催化剂副产物多、易碳化，产生毒气SO2，实验后的残渣和残液对环境污染大。我们使用了732强酸性阳离子交换树脂作为催化剂制备环己烯，催化剂用量1.0 g，反应时间1 h。实验操作方便、后处理工艺简单，无三废污染，产品收率（46）和纯度较高（94），而且催化剂可重复使用多次、回收利用方便。我们分别用3种催化剂进行了合成环己烯的实验，通过比较强化了学生的环保意识，养成良好的科学实验习惯，让学生了解绿色化学，树立起绿色意识。环己烯绿色合成实验每年有400多人受益，大大减少了使用浓酸造成的安全隐患和环境污染。改进后的实验方法具有催化剂用量少、可回收利用，实验微型化、操作方便，污染少等优点。实验的应用效果获得了学生的一致好评。

1.3 在综合实验中增加废液回收利用设计的环节

在综合设计性实验中增加可利用废试剂回收的步骤，对实验中产生的用量较大、污染轻的废液进行回收处理，并作为实验成绩考核的一部分。在快速层析法提纯乙酰基二茂铁中要用到较大量的乙醚石油醚；在安全玻璃夹层用聚乙烯醇缩丁醛树脂的合成综合实验中用到较大量的甲醇做溶剂和洗涤产物，让学生设计对乙醚石油醚和甲醇进行回收的步骤，并提交回收的产品。这样既减少了试剂原料的用量也减少了有机废液的排放，使产生的废溶剂循环利用，同时也减少了废液的后处理费用。使学生树立环保意识，用自己的实际行动践行绿色低碳理念。

1.4 减少试剂用量，实现微量合成

一锅法合成甲基橙的实验中，原料二甲基苯胺和亚硝酸钠都有一定的毒性，我们采用一锅法微量合成，用量少、现象明显。将0.25 g无水对氨基苯磺酸和1.25g二甲基苯胺置于5 ml烧杯中，再加入2 ml 95乙醇，在不断搅拌下慢慢滴加0.5 ml 20的亚硝酸钠，控制温度不超过25℃，冰水浴中静置可得到甲基橙粗产品。从原料用量上减少了对环境的污染。

2 开放性实验内容更加丰富

在开放实验教学中，超声波、微波等新技术以及多种合成方法实验的引进，让开放实验内容更加丰富、更有吸引力。

1）实验项目和内容系列化和相关性增强。我们开展了不同醚的合成比较，醚的沸点低、易挥发，适合在气温较低的情况下进行。我们把乙醚、甲基叔丁基醚、正丁醚作为开放实验的内容，让学生掌握不同的醚在合成方法上的不同，能够根据醚的沸点及分子结构选择正确的合成路线。2）利用微波技术合成二苯乙二酮，既减少了试剂用量，又缩短了实验时间，让学生体验到了新技术、新方法在有机合成实验中的优越性。3）在二苯甲醇的合成实验中，我们提供了两种合成方法，学生可以选择其中一种感兴趣的方法进行实验，也可以两种方法都尝试一下，增加了实验的灵活性，对学生的实验技能提升也有一定的帮助。

3 有机开放实验教学体系的建立

开放实验选课平台的建立［11］，为开放实验提供了技术支持。化学实验中心建立有自己的网页，学生在网上可以进行实验大纲的预习，实验教案的预习等。实验教案带有flash课件，学生可以很直观地对实验目的、实验原理、实验操作步骤和思考题进行预习。有机化学实验教学承担了全校理、医、工科不同专业几百名学生有机化学实验教学任务，年教学人时数达6万。我们把绿色合成实验和优化后的实验应用到开放教学当中，丰富了开放实验教学内容，收到了良好的教学效果。

4 结束语

绿色化有机实验的实施和有机化学开放实验教学内容的优化，丰富了学生的理论知识体系，调动了学生的积极性，提高了学生的实验兴趣。绿色化合成实验和微量化、半微量化实验的开设不但减少了环境污染，强化了学生的环保意识，同时提高了学生的学习兴趣，提高了学生综合素质和创新能力，从而提高了有机化学实验教学质量。有机化学开放实验教学体系的建立为绿色化教学的实施提供了支持，绿色化有机实验的开发又丰富了开放实验的教学内容，二者相互促进。

［1］江文辉，罗一鸣，唐瑞仁，等.有机化学实验教学改革的探索与实践［J］.实验室研究与探索，2009，28（12）:115-118.

［2］杨国玉，徐翠莲.有机化学实验绿色化教学的改革与实践［J］.实验科学与技术，2010，13（4）:26-28.

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［4］周井炎.基础化学实验［M］.2版.武汉:华中科技大学出版社，2008.

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［6］李秋莲，龚时琼，赵丽华，等.环己烯合成实验绿色化教学的实践［J］.实验室科学， 2014，17（6）: 24-25，28.

［7］马楠，王筱平.有机化学实验教学中体现绿色化学的探索［J］.实验室研究与探索，2011，30（7）: 141-143.

［8］宋桂苓.绿色有机化学实验的探索和实践［J］.实验室研究与探索，2006，25（8）:989-991.

［9］王文云，徐绍芳，周锦兰，等.绿色化无机化学实验的应用与推广［J］.实验室科学，2009（6）:165-167.

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Optimization and Practice of the Teaching Contents for the Open and Green Organic Chemistry Experiments

LI Qiulian，WAN Hong，LIU Song
（Department of Chemistry and Chemical Engineer，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

Some useful explorations and practices in green organic chemistry experiment have been carried out to improve the teaching quality.These measures include reasonable arrangement of multi-step synthesis experiments，using green catalysts，designing of the waste recycle，and micro-experiment.The optimization of contents and establishment of the course selection platform for open experiment have provided supports for greenization teaching.As a result，practices of green teaching in organic chemistry experiment enhance the students’environmental awareness，comprehensive quality and creative ability.

organic chemistry；experimental teaching；greenization；openness

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.046

2015-07-09；修改日期：2015-09-15

李秋莲（1979-），女，硕士，工程师，主要从事有机化学实验教学与研究。