前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的绿色化学教育在有机化学实验中探索，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
[摘要]随着绿色化学的产生与发展，绿色化学教育受到越来越多的关注。本文以绿色化学理念为指导，结合有机化学实验特点，在实验教学中通过精选实验内容，引入仪器操作升级传统实验方式，优化反应条件，加强试剂回收与循环使用等方面进行了探索与实践。增强了学生的绿色化学意识，为培养更多具有绿色环保意识的优秀人才和化学实验教学改革提供参考。
[关键词]绿色化学；有机化学；教学改革；实验教学；安息香
近年来，“绿水青山就是金山银山”这一科学论断的提出，环境保护和可持续发展的理念越来越受到业界的重视。冠以绿色的概念不断产生和发展，如绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学、洁净化学等。绿色化学现已成为一门重要的化学学科分支，要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应，用化学的技术，原理和方法去消除对人体健康，安全和生态环境有毒有害的化学品[1]。有机化学实验是我校化学专业的必修课程，包括基础操作、验证性有机合成及天然产物提取和设计性综合实验。实验中用到的有机试剂品种繁多、有毒且挥发性强，这些物质容易经口或经皮吸收，影响人体健康，同时实验中的各种有毒有害物质的后处理也加重了环保压力，所以在有机化学实验教学中倡导绿色化学教育尤为重要。本文遵循绿色化学十二基本原则[2]和5R原则[3]在实验教学中做了一定的探索和实践，从经济、环保和安全的角度出发优化实验方案，精选教学内容，引入绿色化学理念，培养学生绿色化学的思想意识，使学生掌握绿色化学的原理和核心概念，将有助于他们在日后学习与工作中注重绿色化学。
1精选实验内容，加强试剂回收与循环重复利用
绿色化学5R原则，即减量、重复使用、回收、再生和拒用。按照5R原则，我们对实验内容、试剂回收及循环利用做了调整。牢固地掌握各种分离和提纯的操作技术对于化学专业的学生来说是十分重要的。在教学中，将基础操作实验独立开设，可以使学生反复多次的进行练习以达到极其熟练的程度，提升学生的基础实验技能，有利于学生在后期的合成实验中能够得心应手地操作。遵循绿色化学的指导，精选实验内容至关重要。在选择基础操作和合成实验内容时，注重试剂的回收与循环、重复利用，精选了基础操作“重结晶”、“熔点测定”和合成实验“乙酰苯胺的制备及其物理常数测定”系列实验内容。在教学中，回收上一轮学生合成的乙酰苯胺后，格外添加其它杂质，将其作为下一轮学生基本操作“重结晶”的实验样品，再将纯化后得到的样品收集、干燥并保存，作为“熔点测定”实验的样品加以利用。三个实验通过乙酰苯胺这个化学品形成循环：“重结晶→熔点测定→乙酰苯胺的合成→重结晶→熔点测定”，避免了做单一实验造成试剂的浪费。通过实验内容的精选，试剂得到充分的利用，合成的产物得到了无限循环的使用。在教学中讲述绿色化学知识，启迪学生绿色化学意识，通过学生的亲身实践去践行绿色化学教育理念。既保障了教学质量，又达到了教学目的。更重要的是通过试剂的回收、循环、重复使用有效实现了“省资源、少污染、减成本”的目标。
2引入仪器操作升级传统实验方式，降低实验风险
传统有机化学实验严重依赖试剂和溶液，随着实验教学仪器及设备不断更新和完善，引入当前开发的新型实验仪器操作对传统实验方式进行升级，可大幅降低对试剂的使用量[4]。比如：传统的熔点测定实验是采用提勒管法，要消耗大量的液体石蜡(45mL/人)及灯用酒精(140mL/人)，并且液体石蜡粘滑，温度计容易在操作过程中滑落打碎导致水银洒落而造成污染，同时液体石蜡极容易被样品污染。按照5R原则，在“减少三废排放”及“尽量不用溶剂等辅助物质”的“减量”指导下，该实验现已采用显微熔点测定仪(仅消耗样品约1mg/人)和全自动熔点测定仪(仅消耗样品约2~3mg/人)与提勒管法同时使用进行熔点测定。仪器法测定操作快捷简便，清洁安全，既缩短学生实验操作时间，又大幅降低环境污染，同时，培养了学生掌握先进仪器操作技能，顺应了社会发展需求，为学生以后的发展储备了新的技能。
3优化反应条件，减少向环境排放废物
“原子经济性”是绿色化学的核心内容之一，即充分利用反应物中的各个原子，最大限度地将其转移到目标产物中，减少反应产生的废弃物，控制环境污染[2,5]。理想的反应要求高原子经济性，目前还不可能实现所有合成反应的原子利用率都达到100%，人们能够做的是基于“原子经济性”原则，优化合成路线，提高反应选择性，开发副产物利用途径[2]。对于大多数化学反应来说，可以充分利用催化剂来加快反应速率，提高反应选择性，减少副产物产生。几乎所有的有机反应都需要用到催化剂，为了适应现代工业的发展，催化剂不仅要有高的催化活性，高的选择性，而且还要求无污染[[6]基于以上原则，在指导“合成安息香缩合反应”的木科生设计实验中，提前通知学生其原料和目标产物:“苯甲醛、安息香”。要求学生查阅资料:以苯甲醛为原料生成安息香有哪些合成方法，并结合绿色化学理念总结每种方法的优缺点，制定科学的实验方案并说明理由。合成方法见图1.在教学中从以下三方面展开讨论：(1)精选反应装置与仪器：反应装置采用微波法[7]和超声波法[8]具有反应温和，操作简便，反应时间短，产率较高等优点，但设备较少，学生实验批量使用具有一定的局限性，但可以作为对比实验研究，在实验中多数同学选择常规的实验仪器法。启发学生从实验经济成本、效益和产率等多角度考虑，将绿色化学的知识内化于心，达到理想的教学效果。(2)优选催化剂：氰化钠或氰化钾作为催化剂是合成安息香最经典的方法[9]，虽然产率很高，但氰化物有剧毒。按照绿色化学5R原则需要寻找更加合理的催化剂。维生素B1(VB1)是一种生物辅酶，无毒，在碱的作用下，形成碳负离子作为反应中心，但对pH值要求很高，此法为教材法[10]。相转移催化剂(PTC)是一类有助于反应物从一相转移到另一相当中，从而加快异相反应速率的催化剂，将VB1与PTC结合，能使VB1与苯甲醛更好的混合，提高催化活性，缩短反应时间，提高安息香的产率[11-12]。常见的PTC有聚乙二醇-6000(PEG-6000)、聚乙二醇-4000(PEG-4000)、溴化十二烷基二甲基卞基铵、四丁基溴化铵(TBAB)、乙基三苯基溴化膦(ETPB)等。从试剂的安全、价格及是否易得等方面加以考虑，优选高效、绿色、有活性的VB1与PEG-6000组合，将绿色化学的核心理念反复渗透，深入人心。(3)控制反应条件(温度、pH值)：控制该反应的温度和pH值至关重要，VB1在水溶液中易被氧化失效，在氢氧化钠溶液中噻唑环易开环失效，因此，在反应前VB1和氢氧化钠溶液都必须用冰水冷透[10]。反应温度对反应产率影响很大，温度低，反应慢，产率低，温度过高VB1易分解且苯甲醛副反应多，产率低[10]。VB1在酸性条件下稳定，在碱的作用下，利于产生碳负离子(亲核试剂)，若碱性太强，苯甲醛会发生歧化反应，导致副产物多，安息香产率低[10]。引导学生从“原子经济性”出发，提高原子利用率，减少副产物的生成，将绿色化学的核心理念根植于学生的整个设计思想中。经讨论分析，确定最佳反应条件：以VB1为催化剂，PEG-6000为相转移催化剂，反应温度65~70℃，反应时间60min(教材法90min)，用10%的氢氧化钠溶液调pH值9~10。实验结果：产率在74%以上(教材法约38%)，重现性100%。用有生物活性的VB1代替剧毒、存在巨大不安全因素的氰化物作为缩合反应的催化剂，反应更巧妙更温和更安全[10]，同时加入一定量的相转移催化剂PEG-6000，能使反应速度加快(比教材法少1/3的时间)，产率明显提高(约为教材法的2倍)，大大提高了学生的获得感和成就感。学生在相对安全的环境中，顺利完成多步合成的第一步，为后面的安息香转化打下良好的基础，增添了合成实验的活力。与学生共同探讨，设计优化实验方案，培养了学生系统思维能力，增强了学生的绿色思想意识，更强化了学生专业知识。
4结语
随着社会的进步与发展，在高校全面推行绿色化学是实验教学的必然。尤其是在有机化学实验教学中，注重绿色化学的引导，培养学生的绿色化学意识是十分重要的。我们在教学中精选实验内容，引入仪器操作升级传统实验方式，对反应条件进行优化等措施从不同角度切实加强绿色化学的教育，将绿色化学的原理和核心概念根植于学生的思想中，助推他们在之后的学习和未来工作中真正领悟和做到绿色化学，为绿色环保贡献力量。
作者:陈容 陆小兰 单位:中国海洋大学化学化工学院
