劉玉婷，尹大偉，何珍紅

(陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西省輕化工助劑重點實驗室，陜西 西安 710021)

有機合成化學(xué)是應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)、化工等專業(yè)的核心課程，是在學(xué)生先修了有機化學(xué)、無機化學(xué)、物理化學(xué)、化工原理等課程，掌握了化學(xué)化工基本理論的基礎(chǔ)上開設(shè)的，目的是讓學(xué)生了解精細(xì)化學(xué)品的合成原理及工藝，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)及培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定堅實基礎(chǔ)。有機合成化學(xué)所涉及的知識面廣、內(nèi)容豐富、涵蓋了所有單元反應(yīng)及化學(xué)鍵的形成及轉(zhuǎn)化，其教學(xué)重點是單元反應(yīng)，以“反應(yīng)試劑——反應(yīng)特點——反應(yīng)歷程——影響因素——生產(chǎn)實例”為主線[1]，介紹從原料到產(chǎn)品的完整的知識及相關(guān)內(nèi)容，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在老師的指導(dǎo)下完成精細(xì)化學(xué)品的設(shè)計、合成、分析等，為學(xué)生以后從事精細(xì)化學(xué)品的研發(fā)等相關(guān)工作、為培養(yǎng)應(yīng)用型人才打下堅實的基礎(chǔ)。

綠色化學(xué)是一門新興學(xué)科，涵蓋了化學(xué)、材料、生物、制藥、環(huán)境等諸多學(xué)科，具有明確的社會需求和科學(xué)目標(biāo)，按照合理的反應(yīng)機理和方法，從源頭上減少或消除化學(xué)工業(yè)對環(huán)境的危害，保證從試劑、催化劑、溶劑、副產(chǎn)品、產(chǎn)品等各個環(huán)節(jié)達(dá)到綠色、環(huán)保的要求，這也是目前有機合成的主要目標(biāo)[2]?；诖耍瑢⒕G色合成理念融入到有機合成化學(xué)教學(xué)中，讓學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展的前沿，是化學(xué)化工專業(yè)培養(yǎng)方案的要求，也是必然趨勢。這樣，可以將有機合成與綠色化學(xué)的知識相結(jié)合，培養(yǎng)和增強學(xué)生的環(huán)保意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識及能力[3]。在講授單元反應(yīng)時，教師應(yīng)該注重以綠色化學(xué)理念為指導(dǎo)，緊跟有機合成中綠色化學(xué)研究的前沿，引入相應(yīng)的參考文獻(xiàn)，讓學(xué)生能更深層次理解單元反應(yīng)的內(nèi)涵及每個單元反應(yīng)的綠色合成方法，以致將綠色化學(xué)理念滲透到單元反應(yīng)教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)[4-5]。對于有機化合物的合成，其產(chǎn)率的主要影響因素包括合成技術(shù)、化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)試劑、反應(yīng)溶劑、催化劑等，因此，本文將從這幾個影響因素的綠色化，探討綠色化學(xué)理念在有機合成化學(xué)教學(xué)中的滲透。

1 綠色化合成技術(shù)

傳統(tǒng)的有機合成反應(yīng)就是在溶劑的作用下進(jìn)行液相反應(yīng)，不但反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時間長、反應(yīng)效率低，而且因為有機溶劑的使用而存在環(huán)境污染，因此進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，綠色合成方法得到深入的研究和開發(fā)探索，比如固相合成、無溶劑合成、微波輔助、超聲輔助技術(shù)、光化學(xué)合成、電化學(xué)合成等技術(shù)，這些技術(shù)的使用，可以大大縮短反應(yīng)時間、提高反應(yīng)產(chǎn)率、降低成本與污染、提高效率，是實現(xiàn)綠色有機合成的重要途徑。因此，教師在講授單元反應(yīng)的時，在講授傳統(tǒng)反應(yīng)方法的同時，增加綠色有機合成技術(shù)的介紹，比較綠色合成技術(shù)與傳統(tǒng)合成方法的異同，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)的引入，在深化教學(xué)效果的同時，可以使學(xué)生了解綠色合成方法及其使用，拓寬學(xué)生的視野，增強綠色合成理念。比如在講授縮合反應(yīng)時，液相合成查爾酮時反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時間長、產(chǎn)率低、副產(chǎn)物多，因此，在掌握反應(yīng)機理的情況下，采用微波促進(jìn)反應(yīng)，既克服了傳統(tǒng)液相反應(yīng)的缺點又可以讓學(xué)生了解微波技術(shù)的基本原理及其優(yōu)越性，提高對有機反應(yīng)的興趣。

2 綠色化反應(yīng)

有機化合物的合成，在綠色化學(xué)的前提下，提高產(chǎn)率及反應(yīng)效率是最終目標(biāo)，因此在講授單元反應(yīng)時，針對各個單元反應(yīng)的特點，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生選擇綠色、經(jīng)濟、高效的合成方法，實現(xiàn)原子經(jīng)濟性反應(yīng)而不產(chǎn)生或少產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢棄物，最終實現(xiàn)最大的原子利用率及零排放。因此，為了達(dá)到有機反應(yīng)的綠色化的目的，提高原料的原子利用率是關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)中，一般都會忽略原料中原子的利用率而只注重目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率的高低，因此不可能實現(xiàn)所有化學(xué)反應(yīng)的原子經(jīng)濟性。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)對各個單元反應(yīng)的原子利用率進(jìn)行合理的分析，引導(dǎo)學(xué)生加深對原子經(jīng)濟性及原子利用率的理解。在講授時，針對同一類型化合物的合成，教師可通過引用相關(guān)參考文獻(xiàn)，結(jié)合具體生產(chǎn)實例，通過比較和分析不同的合成方法及結(jié)果，使學(xué)生充分認(rèn)識原子經(jīng)濟性、原子利用率及綠色化反應(yīng)的其重要性。

3 綠色化試劑

“巧婦難為無米之炊”，因此有機合成單元反應(yīng)中，反應(yīng)試劑即原料是必不可少的因素，也是重要的影響因素之一。反應(yīng)試劑的選擇，直接影響單元反應(yīng)的成敗與效果，選擇合適的反應(yīng)試劑，對于從源頭上防止或減少污染，達(dá)到綠色化反應(yīng)至關(guān)重要。在基礎(chǔ)有機化學(xué)學(xué)習(xí)中，對于化合物的合成，主要考慮其反應(yīng)的成功率或者可行性，從而忽視毒性、危險性或者對環(huán)境可能造成的危害，這樣可能會給學(xué)生造成“目的性是最重要的”潛意識，因此，在講授單元反應(yīng)時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生首先了解試劑的特點，著重講授每種試劑參與反應(yīng)的機理，了解每種試劑使用的效果及可能造成的對環(huán)境的影響，盡量從源頭上做文章，選用無毒或低毒的試劑。如果必須要使用毒性較大的試劑，盡量尋找替代品，及時糾正學(xué)生已經(jīng)形成的潛意識，應(yīng)與學(xué)生共同分析反應(yīng)的優(yōu)缺點，及時介紹綠色反應(yīng)、綠色試劑的最新進(jìn)展，探索綠色合成方法。

比如在講授還原反應(yīng)時，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生，掌握氣固相接觸催化氫化、液相催化氫化的特點及優(yōu)缺點，在實驗室和工業(yè)生產(chǎn)中，盡量使用催化氫化的方法，既可以簡化反應(yīng)過程、提高反應(yīng)效率，又可以降低成本、減少或避免有機溶劑的使用，達(dá)到綠色、清潔生產(chǎn)的目的。又比如在講授烷基化反應(yīng)時，甲基化試劑可以采用碳酸二甲酯這種綠色、環(huán)境友好的新型試劑來替代傳統(tǒng)工藝使用的硫酸二甲酯或鹵代甲烷，這樣既可以避免因試劑的毒性、致癌性對實驗者身體可能造成的傷害，同時提高了反應(yīng)的安全性、減少了對設(shè)備的腐蝕和對環(huán)境造成污染[6]。

4 綠色化溶劑

在有機合成單元反應(yīng)中，液相反應(yīng)一直以來都是主要的合成工藝，因此溶劑是重要的影響因素之一，其結(jié)構(gòu)、種類、用量等都會影響反應(yīng)的效果。在有機反應(yīng)中，溶劑和溶質(zhì)之間既存在溶劑化作用，也有溶劑解作用，因此不同的反應(yīng)溶劑，反應(yīng)機理可能不同；溶劑不同，反應(yīng)的選擇性也不同。傳統(tǒng)的液相有機反應(yīng)常選用鹵代烴、苯系芳烴等作為溶劑，但是這類物質(zhì)多數(shù)易揮發(fā)、有毒、有害，而且不易回收或不易降解，因此在使用中或反應(yīng)后排放到環(huán)境中，會對人類和環(huán)境造成嚴(yán)重危害。教師在講授單元反應(yīng)時，應(yīng)注重強調(diào)溶劑對反應(yīng)的影響及其在反應(yīng)中的作用，介紹各類溶劑的特點特別是其毒性或?qū)Νh(huán)境的危害性。強調(diào)無毒、無害和易回收的綠色溶劑的使用，或者結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，介紹無溶劑合成方法。對于近年來研究熱點離子液體、低共熔溶劑等在有機合成中的研究進(jìn)展，在課時允許的情況下，也可以介紹給學(xué)生，加強學(xué)生對綠色溶劑的理解，拓寬學(xué)生的知識面，增強學(xué)生的綠色化學(xué)意識。

離子液體是新型有機合成溶劑及催化劑，廣泛應(yīng)用于各種有機合成反應(yīng)，由于具有不易揮發(fā)、無色、無嗅、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，是一種理想的化學(xué)溶劑。離子液體雖然其制備成本較高，但是它還有一個優(yōu)點就是可以回收再使用多次，因此，可以在保證反應(yīng)綠色環(huán)保的同時，可以降低成本，是一種重要的綠色溶劑。近年來關(guān)于低共熔溶劑應(yīng)用的研究較多。低共熔溶劑作為一種新型混合物溶劑，具有制備簡單、價廉、易生物降解、可回收利用等優(yōu)點，是綠色有機合成的一個新的研究方向。

5 綠色化催化劑

催化劑的作用是可以提高或降低有機反應(yīng)，也是有機合成反應(yīng)的重要影響因素之一，其種類及用量直接影響反應(yīng)的產(chǎn)率。催化劑在有機反應(yīng)中的作用就是參與反應(yīng)中間體的結(jié)構(gòu)合成而不參與產(chǎn)物的合成，從而達(dá)到催化反應(yīng)的目的，因此很多催化劑是可以實現(xiàn)、提高原子經(jīng)濟性，加快反應(yīng)速率和提高轉(zhuǎn)化率，提高化學(xué)反應(yīng)選擇性，直接關(guān)系到反應(yīng)的成敗。目前，催化劑方面的研究比較多，因此，教師在講授單元反應(yīng)時，注重介紹各類催化劑的作用及其使用效果，催化劑的選擇、選擇依據(jù)特別是對環(huán)境的影響。也可以結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，介紹一些催化效果好、選擇性高、綠色環(huán)保、廉價易得的催化劑，摒棄傳統(tǒng)有機合成反應(yīng)中所用的酸、堿或重金屬鹽等。比如在講授酯化反應(yīng)時，傳統(tǒng)催化劑也是最常用的催化劑是濃硫酸，但其在使用中存在腐蝕性強、后處理時有廢酸生成、副產(chǎn)物多等缺點，不符合綠色化學(xué)發(fā)展要求[8]。因此，酯化反應(yīng)催化劑的探索研究一直以來是研究的熱點，出現(xiàn)了離子液體、固體超強酸、分子篩、雜多酸、生物酶等催化劑，這些催化劑具有選擇性高、易與產(chǎn)物分離、可回收再使用、不腐蝕設(shè)備、成本低等優(yōu)點，可以替代濃硫酸來用于催化酯化反應(yīng)，是酯化反應(yīng)的必然趨勢。

6 結(jié) 語

本文通過對有機合成化學(xué)課程中有機單元反應(yīng)的分析，在要求學(xué)生掌握反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上，在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中滲透綠色化學(xué)理念，從源頭上解決有機合成的綠色化，深化和探索綠色有機合成，引入相關(guān)的研究文獻(xiàn)，改革有機合成化學(xué)課程的講授方法和內(nèi)容，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)方案的要求，將培養(yǎng)應(yīng)用型人才作為最終目標(biāo)，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識、可持續(xù)發(fā)展意識，拓寬知識面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和保護(hù)環(huán)境、保護(hù)自然的使命感和責(zé)任感。