有机化学实验教学绿色化改革与实施探究

    崇辉

    

    摘? 要 绿色化学作为可以从源头上避免环境污染的新兴手段，为了帮助高校内的有机化学实验更加绿色环保化，就实验内容确定、实验催化剂使用、实验废弃物的回收等方面进行较深的研究分析，最大限度地减少有机化学实验对自然环境的污染，提高学生的环保意识。

    关键词 有机化学;实验教学;绿色化学;教学改革;实验室

    中图分类号：G642.0? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）01-0100-02

    1 前言

    有机化学实验是应用化学、化工、轻化工程、生物科学、食品科学、材料化学、动物科学、水产品水产养殖等理工科专业的一门重要基础课，也是培養学生科学思维能力、实践操作能力和科研创新能力的重要组成部分之一。随着环境污染加剧，人们的环境保护意识开始增强。当前，实验教学中的污染问题越来越严重。在有机实验教学中，很多废液、废气、废渣未经处理直接排放，不仅污染环境，造成严重的危害，也造成严重的资源浪费。如何减少排放和污染，实现有机实验教学绿色化改革，是全国高校亟待解决的问题。因此，对绿色环保化学实验教学进行探索。

    2 有机化学实验教学绿色化改革的意义

    降低或避免化学实验用品对环境的污染? 化学反应中的催化剂、化学产物、溶剂都会导致环境受到不可挽回的污染，严重的甚至会威胁到人类的生命安全。绿色化学的目的是尽力保证将化学实验中的污染扼杀在实验源头，保证实验以及生产过程的绿色环保。绿色化学也被有关专家定义为从根本上解决环境化工污染的主要手段。随着人们环保的意识不断提高，为了实现可持续发展，保护人类赖以生存的环境已经成为全社会的统一共识，化学实验的绿色化在未来也有良好的应用前景[1]。

    有机绿色化学实验教学改革的作用? 在我国高校内开展有机化学绿色实验教学改革是一个新的环节和创新阶段。在特定的操作过程中，有毒化学品会产生巨大的毒性，会扩散到空气中，并对自然环境造成严重的危害，如废气、废液会造成一系列的环境污染问题。因此，在实验过程中须对有毒试剂进行绿色改进，有效地实施绿色教学模式改革，以促进学生操作技能的全面提升。

    3 有机化学实验绿色化教学改革的主要方法

    改变实验内容? 近年来，有关专业人士对传统化学实验苯甲酸乙酯合成进行了深入研究讨论，提高实验中反应率最常用的方法就是将反应过程中的水分降到最低。如在反应过程中加入适量的苯，目的是让苯、水、醇反应形成一种恒沸物，吸收反应过程中不断生成的水分。但苯是致癌物质，并且难以进行下一步的代谢，长期使用会严重影响实验者健康，对于回收工作来说也有一定难度。相关科研人士遵循我国绿色有机化学的标准，先后尝试使用环己烷、乙酸乙酯等试剂来替代苯在甲酸乙酯实验中的作用。

    环己烷的毒性明显低于苯，因此是酯化反应中常见的带水试剂。环己烷与水、乙醇反应得出的共沸物，会以蒸汽的形式从反应瓶中散发出来，通过冷凝管进入分水器中，通过肉眼观察，会发现冷凝后的液体被分为三个部分，其中环己烷占比最多，水含量占比最少。环己烷在作为带水剂时，通常不能完全反应，反应瓶底通常会残留未发生反应的试剂，对比可以得出环己烷反应产率略低于苯。但是可以通过改变反应物与带水剂之间的比例，有效地降低反应后水的产量，从而降低损失。分析得出，当环己烷、苯甲酸、乙醇三者的摩尔比例达到2.2：1.0：5.0时，反应效果最好。

    乙酸乙酯的共沸物中的水分含量要高于苯，因此是极为理想的绿色环保实验溶剂。乙酸乙酯的反应温度直接影响到酯的回收率，当温度为75 ℃时，酯回收率值最大;反应过程中温度过低或过高，都对酯回收率有较大的影响。虽然乙酸乙酯替代苯作为带水剂是极为理想的，但是由于其反应过程对温度要求极为严格，而酯化反应属于一种放热反应，因此很难使用传统的实验器械进行温度控制，实验室需采购更为先进的实验设施，使用较为复杂的实验器械，给实验人员带来较多的麻烦，所以使用乙酸乙酯替代传统的苯作为带水剂的方法在目前很难得到推广 [2]。

    分析上面两组实验，可以得出使用环己烷替代苯作为带水剂是可行的方案，通过对环己烷、苯甲酸、乙醇三者之间的摩尔比例进行调整，从而达到较好的化学实验效果。使用环己烷作为带水剂，既能达到实验效果，还可以践行绿色化学的理念，减轻实验所导致的环境污染，并且实验效果更为明显，因此值得推广使用。

    微量、半微量实验以及实验产品的循环利用? 在保证得到实验结论的前提下，最大限度地控制化学试剂使用量的实验称为微量或半微量实验。微量以及半微量实验具有节约化学材料、减少污染、反应时间短的优点，因此受到相关专业人士的青睐。化学实验试剂用量的微量、半微量方法逐渐在化学实验领域得到推广。

    环乙醇通过酸进行催化反应脱水后可得到环乙烯，虽然该种酸的获取较为方便简单，但是其所带来的环境污染难以解决。通过使用微量实验的方法，对酸的剂量进行调整，可让化学实验中酸废液对环境的影响降到最低。如将原料使用量缩小三分之二，整个反应时间也将缩短。

    由于实验室中合成试剂长时间得不到利用，会导致实验室中的药品长时间积累，从而带来一定的安全隐患，不符合我国绿色化学实验的要求。为了实现节约资源、减轻污染、减少废弃物的标准，将独立的化学实验相互连接起来，把反应得到的产物作为另一个化学实验的反应物，从而实现实验产品循环利用的目的，避免过多储藏化学药品带来环境污染，可以很大程度上保证化学实验的环保性[3]。

    【案例】苯甲酸乙酯的合成实验由三个互不相干的实验构成，其反应式如图1所示。

    步骤一，以苯甲醛为原料，通过歧化反应生成的苯甲醛酸和苯甲醇是两种实验产物;

    步骤二，步骤一中的产物苯甲醇被高锰酸钾氧化成苯甲酸;

    步骤三，步骤一和步骤二中获得的苯甲酸组合并用作原料，以及乙醇酯化得到苯甲酸乙酯。

    实验中含有Cannizzaro反应、氧化反应和酯化反应有三种类型。

    使用先进环保的实验技术? 当下利用超声波、微波等先进的实验装置可以有效地提高化学实验的环保性，可以将先进的环保技术应用到苯甲酸合成的实验中。传统的化学反应大多数是利用火焰加热的方法，早些年我国就开始将微波技术应用到苯甲酸的化学实验中，并且获得较好的教学反响。微波技术相对其他手段来说操作更加简单、更加省时、更加绿色环保，因此受到相关人士的喜爱。在微波反应的过程中不需要加入其他的催化剂促使反应，解决了化学药品大量消耗的问题。

    微波技术被应用于实际教学中，不但可以帮助学生直接对新型绿色环保化学实验进行了解，还可以激发学生对绿色化学的求知欲，帮助学生在日后的学习中拥有创新思维。

    4 结语

    综上所述，加强我国高校学生的环保意识已然成为人才培养的重要任务，学习并掌握绿色化学方法进行化学操作，可以很大程度上避免化工污染危害环境的情况出现。在绿色化实验教学中不仅要让学生掌握基本的单元操作，更要关注学生对绿色环保观念的理解，指导学生将传统的化学实验结合所掌握的绿色实验知识改良为更加环保的研究实验。

    参考文献

    [1]王红，刘秋平，王海滨，等.有机化学实验教学绿色化改革的研究与实施[J].实验室研究与探索，2019，38（7）：139-144.

    [2]关金涛，张海燕，杜传青，等.绿色化有机化学实验教学模式实施与探讨[J].武汉轻工大学学报，2017，36（3）：108-110.

    [3]秦丽婷，秦玉珠，李岳姝，等.基于绿色化教学的高校有机化学实验教学改革[J].高师理科学刊，2016，36（3）：96-98.