史玲 江國防 汪秋安

摘要：對有機化學(xué)實驗課程的綠色化，一方面能夠加深學(xué)生對理論知識的實踐理解并培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，另一方面又能夠減少實驗對環(huán)境造成的負面影響，樹立并提高學(xué)生的環(huán)保意識。這也是實驗教學(xué)改革發(fā)展的一個重要方向。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗;綠色化學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0236-02

綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)，是指在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時應(yīng)有效利用（最好可再生）原料，消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑和溶劑。綠色化學(xué)的最大特點是利用化學(xué)原理在源頭采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，從而使得過程和終端均為零排放或零污染。世界上很多國家已把“綠色化學(xué)”作為新世紀化學(xué)進展的主要方向之一[1]。有機化學(xué)實驗是與化學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。傳統(tǒng)有機化學(xué)實驗中試劑的使用量較大，種類較多，而且大部分試劑都具有毒副作用和較強的揮發(fā)性，因此對環(huán)境影響很大。通過有機化學(xué)實驗課程的綠色化，既能加深學(xué)生對理論知識的實踐理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析解決問題能力、創(chuàng)新能力、實驗技能，又減少實驗對環(huán)境造成的負面影響，提高學(xué)生的環(huán)保意識和綠色化學(xué)意識，這也是實驗教學(xué)改革發(fā)展的一個重要方向[2]。

（一）強化實驗主體的綠色化學(xué)理念

要實現(xiàn)有機化學(xué)實驗綠色化，首先教師自身要有綠色化學(xué)意識、環(huán)保意識和責(zé)任意識，能夠在實驗教學(xué)中應(yīng)用綠色化學(xué)教學(xué)思想。在授課過程中，教師的以身作則，能初步建立學(xué)生的綠色化學(xué)意識?；A(chǔ)實驗一般是低年級學(xué)生的課程，學(xué)生通常對實驗涉及的化合物的性質(zhì)認識不夠，常常出現(xiàn)一些危害環(huán)境、危害自身安全的操作。例如，由于不能夠準確把握藥品體積或質(zhì)量，因此經(jīng)常出現(xiàn)過量取用藥品的情況，但是多余的藥品又不能倒回試劑瓶，就隨意丟棄在桌面上或者水槽中。再比如，實驗設(shè)計過程中，很多學(xué)生都沒有考慮反應(yīng)過程中有害氣體的產(chǎn)生與否，往往會忘記設(shè)計氣體吸收裝置。在實驗后處理環(huán)節(jié)，遇到待排放的酸堿溶液時，部分學(xué)生甚至?xí)⑽粗泻偷娜芤褐苯拥谷胂滤乐?。這些現(xiàn)象都說明學(xué)生缺乏綠色意識或者綠色意識還有待提高，因此在教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)教師不斷強化綠色化學(xué)的理念就顯得尤為重要：為了給培養(yǎng)學(xué)生綠色意識打下基礎(chǔ)，在學(xué)生首次進入實驗室時，介紹如何安全使用化學(xué)試劑，介紹“三廢”直接排放對環(huán)境帶來的危害;為了引導(dǎo)學(xué)生形成綠色化學(xué)的思維，在授課環(huán)節(jié)，對傳統(tǒng)合成路徑從原料、催化劑、反應(yīng)溫度等方面進行分析，對比新型的綠色合成技術(shù)，讓學(xué)生對各種方法的優(yōu)劣勢形成直觀的感受;為了讓讓學(xué)生自覺地產(chǎn)生環(huán)保意識，教師應(yīng)在實踐過程中具體介紹“三廢”的處置方式，分析綠色實驗的設(shè)計思路，并讓學(xué)生自行設(shè)計綠色合成路線，通過多種方式使學(xué)生牢固樹立綠色化學(xué)的意識。

（二）綠色化學(xué)理念在有機化學(xué)基礎(chǔ)實驗各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

有機化學(xué)實驗教學(xué)中所需的化學(xué)藥品用量比較大，涉及一系列容易導(dǎo)致環(huán)境污染的藥品，如強酸、強堿、有機溶劑和部分重金屬鹽等，同時反應(yīng)和具體操作都有可能污染環(huán)境。從單次實驗來說，可能造成的污染不大，但是累積效應(yīng)卻不容忽視。因此，探索如何將綠色化學(xué)的十二項基本原則應(yīng)用在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中就具有極為重要的意義。

1.微量半微量實驗的開展。過去我校有機化學(xué)實驗普遍是常量實驗，存在如成本高、周期長，實驗的廢棄物量大而實驗室難以處理等問題。近幾年，隨著微量半微量實驗的開展，試劑的用量大大減少，實驗成本明顯降低，實驗時間相應(yīng)縮短，污染物的排放量也大幅度降低，從而減輕了環(huán)境的污染。實踐證明，微量實驗對學(xué)生的操作技能要求更高，再加上部分微量實驗使用的儀器和操作方法與常量實驗相比有著比較大的差別。因此，在降低環(huán)境污染的前提下，半微量實驗?zāi)軌蚋玫嘏囵B(yǎng)學(xué)生基本的實驗技能。與過去開展常量實驗相比較，現(xiàn)在單人單組開展實驗，所使用的試劑或藥品的量及產(chǎn)生的廢棄物的量也遠遠不到過去的五分之一。

2.更新實驗內(nèi)容和實驗手段的原則。在實驗教學(xué)改革過程中，對于實驗內(nèi)容和實驗手段的更新我們遵循了以下幾條原則：1）盡量避免使用有毒有害或難以回收的反應(yīng)溶劑或試劑;2）合理改進合成路線，盡可能減少“三廢”的產(chǎn)生和排放;3）采用節(jié)能的實驗手段，如微波促進反應(yīng)。從多種制備方法中選擇相對環(huán)保的實驗路徑，優(yōu)選價格低廉、反應(yīng)條件溫和、原子經(jīng)濟性高、節(jié)能的環(huán)境友好型實驗，也是綠色化學(xué)思想和環(huán)保理念的具體體現(xiàn)。

3.試劑回收循環(huán)使用。實驗過程中，教師必須及時糾正學(xué)生的不規(guī)范操作，如過量取用反應(yīng)原料、溶劑、催化劑，隨意丟棄可回收利用的溶劑，隨意混合不同回收再利用途徑的藥品、溶劑，從而造成回收或處理困難。回收循環(huán)利用能夠?qū)⒔?jīng)無害化處理后的試劑，作為其他實驗的基礎(chǔ)材料再一次循環(huán)利用起來，可以節(jié)省資源、減少污染、降低實驗成本。比如在熒光黃和堿性湖藍BB的柱層析分離實驗中，要求學(xué)生蒸餾收集洗脫劑乙醇，或用作其他班級同學(xué)實驗的洗脫劑，或用作基礎(chǔ)實驗的蒸餾操作中的試劑，從而實現(xiàn)試劑的循環(huán)利用。另外在實驗過程中，引導(dǎo)學(xué)生主動尋求提高試劑利用率、減少廢棄物排放的方法，使學(xué)生自覺踐行綠色化學(xué)理念。

4.實驗室“三廢”的處理。有機化學(xué)實驗過程中會產(chǎn)生大量的廢液，部分學(xué)生為了省事，往往隨意合并廢液并將其傾倒在下水道中，這種行為不但具有很大的危險性，而且成分復(fù)雜且濃度高的有機廢液，進入到水體中會嚴重污染水質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境和人體健康也會產(chǎn)生不良影響。為了提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)，教師對于學(xué)生在實驗過程中回收處理“三廢”做出了嚴格的要求：對于不可避免的廢氣，采用相應(yīng)的氣體吸收裝置進行處理;廢液、廢渣不得隨意丟棄，必須分類進行收集。教師將學(xué)生分成幾個小組，分別對不同的廢液、廢渣及廢瓶進行定期處理或回收。不能再使用的廢棄物進行無害化處理，可以再用的進行重新提純、重復(fù)利用，從而減少有害物的排放。例如，在正溴丁烷制備實驗中回收的氫氧化鈉溶液可被用來中和反應(yīng)中洗滌完粗產(chǎn)品之后的硫酸，中和液再進行排放，而不是酸、堿液單獨直接排放，這樣既避免了酸堿對管道的腐蝕和對水體的污染，又避免了廢液排放時可能引發(fā)的危險。[3]通過這些手段，使得學(xué)生對實驗室廢棄物的認識進一步加深，學(xué)生樹立牢固的綠色化學(xué)理念起了強有力的推動作用。

5.仿真技術(shù)輔助實驗教學(xué)。有些經(jīng)典實驗周期較長，所用藥品太貴，裝置復(fù)雜，試劑刺激性強甚至有劇毒，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)，還有些實驗容易爆炸，危險性較大，對人體及環(huán)境危害較大，基礎(chǔ)實驗課程的條件還無法開展這些實驗，如芳環(huán)的溴化反應(yīng)、盧卡斯試劑與醇的取代反應(yīng)、重氮化反應(yīng)等。采用圖片、flash模擬、視頻等仿真技術(shù)將實驗過程展示給學(xué)生就是非常有效的輔助教學(xué)手段。此類直觀的實驗資源，能夠生動、形象地為學(xué)生演示實驗的規(guī)范操作，展示實驗的進展過程，既可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊視野，又可以有效地降低實驗帶來的污染，減少不安全因素。

6.合理運用多步驟半微量合成實驗。傳統(tǒng)有機化學(xué)實驗課程獨立性強、實驗所需試劑種類多、產(chǎn)生廢棄物多，單個實驗產(chǎn)生的廢棄物較難回收重復(fù)使用。遵循綠色化學(xué)的十二項基本原則，本校有機化學(xué)實驗教學(xué)通過精心設(shè)計實驗內(nèi)容，采用連貫性系列實驗，即將前一次實驗的產(chǎn)品作為下一次實驗的原料，從而盡量減少實驗教學(xué)活動對教學(xué)資源的浪費和對環(huán)境的污染。例如二級實驗“由苯胺合成對硝基苯胺”中，由苯胺經(jīng)乙?；@得乙酰苯胺一步實驗，涉及到回流、抽濾、重結(jié)晶、熔點的測定等操作;產(chǎn)物乙酰苯胺經(jīng)硝化獲得對硝基乙酰苯胺，這一步實驗涉及低溫下的攪拌、抽濾、薄層色譜分析等操作;硝化產(chǎn)物再經(jīng)水解獲得對硝基苯胺，這一步中涉及酸化水解、中和、水蒸氣蒸餾、萃取及柱層析等相關(guān)操作。在每一步實驗中都要求學(xué)生對每一個細節(jié)和產(chǎn)品的質(zhì)量進行分析，再將前一次分析的結(jié)果與下一次實驗進行對比。因為每一次實驗?zāi)芊耥樌_展都取決于前次實驗中獲得的產(chǎn)品的數(shù)量和純度，因此，學(xué)生在做實驗的時候都非常仔細、謹慎，能夠充分理解各步實驗之間的關(guān)系并進行規(guī)范操作。在獨立的合成實驗中，學(xué)生往往只重視實驗的結(jié)果而忽視規(guī)范實驗的基本操作，通過連貫性系列實驗，這個問題得到了很好的解決，同時，學(xué)生對自己做過的實驗也能留下較為深刻的印象。在連貫性實驗中，每次實驗的產(chǎn)品被用作下次實驗的原料，很好地降低了實驗成本，提高了經(jīng)濟效益，同時也解決了獨立實驗需要存放或處理大量、多種產(chǎn)物所面臨的環(huán)境問題，具體實現(xiàn)了綠色教學(xué)。

三、總結(jié)和展望

在21世紀初，我國已經(jīng)將綠色化學(xué)的發(fā)展與科學(xué)發(fā)展觀有機地結(jié)合在一起，提出“以人為本，全面、協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展”的觀點。如何有效地將綠色化學(xué)理念應(yīng)用到有機化學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)的過程中，既保證有機化學(xué)實驗課程的正常開設(shè)，使學(xué)生掌握必要的知識和技能，又將其危害和污染降低到最低限度，這還需要廣大化學(xué)教育工作者進行更廣泛而深入的應(yīng)用探索。

參考文獻：

[1]張彥.綠色化學(xué)理念在大學(xué)有機化學(xué)實驗中的滲透[J].才智，2013，（4）：41.

[2]尹曉剛.有機化學(xué)實驗教學(xué)中實踐綠色化學(xué)理念[J].廣東化工，2013，40（6）：165-166.

[3]楊柳.化學(xué)實驗室有機廢液的管理與處理[J].實驗室科學(xué)，2012，15（5）：191-193.