浅谈物理化学原理在药学有机化学实验中的应用

张 鑫，张光辉，沈 霞，赵忠孝

(陕西中医学院药学院，陕西咸阳 712000)

浅谈物理化学原理在药学有机化学实验中的应用

张 鑫，张光辉，沈 霞，赵忠孝

(陕西中医学院药学院，陕西咸阳 712000)

分析了物理化学知识在药学有机化学实验中的应用，包括有机化合物基本常数的测定和基本技能操作，通过理论知识与实践操作之间的相互影响提高学生实验操作技能。

物理化学原理;有机基础实验;学生;操作技能

物理化学是高等学校药学专业开设的四大基础化学课之一，学生在学习了无机化学、分析化学、有机化学的理论和实验之后，进行这门课程的系统学习[1]。物理化学的任务是以物理原理和技术为基础，研究体系中物质的化学性质和行为，以及发现并建立化学体系中特殊规律[2]。物理化学除了为药学专业课药剂学、药物化学、药代动力学等课程提供理论和方法指导外[3]，还对其他化学实验具有理论指导作用。

有机化学实验中的基本技能操作涉及的原理与物理化学的一些理论知识有着密切的联系，而有机实验的进行往往先于物理化学课程的学习，即学生在没有学习这些理论知识和原理以前就先进行实践，这就给学生在理解实验原理时带来一定的困难，进而对实验效果产生一定的影响。因此，本文拟就如何把握物理化学原理对有机化学基础技能操作实验的指导、以及理论知识与实践操作二者之间的相互影响对提高药学学生有机化学基础操作技能等方面进行分析。

1 有机化合物一些基本常数的测定

表1列出了有机化学实验中物质基本常数测定的类型和所需主要仪器等[4，5]。

表1 有机化合物一些物理常数的测定方法和主要仪器

熔点和沸点测定的原理都基于物质受热时温度和物质蒸气压之间的关系，涉及的都是物理化学中的相平衡知识。在具体实验时，学生在理解原理的基础上重在学会观察实验现象，比如用Thiele管测定苯甲酸的熔点，关键在于观察毛细管中样品从塌陷到液滴出现再到最后全熔的过程，以及记录对应的温度[5]。

折光率是基于光从一种介质进入另一种介质因其传播速度不同而在界面上发生折射[4]，通过折光仪测定具体物质的折光率;旋光度是由于某些有机物是手性分子，能使偏光振动平面发生偏转[5]，其具体测定也是借助于旋光仪进行。学生在测定这两个常数时只要细心，按规定步骤进行操作，学会使用仪器，都能通过实验掌握具体操作过程。由于这两个常数的测定都是借助于仪器完成的，类似物理化学实验，现在一些医药院校将其纳入物理化学实验中，这样学生通过物理化学理论的学习后，具备了一定的理论基础，更易掌握该实验的操作。

2 基本技能操作——分离纯化技术

在基本操作中分离提纯有机物是有机化学实验教学的重点，包括液态有机化合物和固态有机化合物的分离与提纯。对药学专业的学生而言掌握此类实验操作能为以后从天然中草药中提取和分离有效成分、药物化学实验、中药炮制等奠定重要的技术基础[6]。

2.1 固态有机物的分离和提纯

重结晶是基于被提纯物质及杂质在溶剂中溶解度不同，让杂质全部或大部分留在溶液中(或被过滤除去)而进行分离纯化[4]。比如苯甲酸的重结晶，为了减小苯甲酸在热溶液中的溶解损失，要采取热过滤，这一点是与无机实验中的重结晶不同的。因此学生在懂得重结晶技术的基础上要有区别的对待具体实验，这样方可提高实验的效率。

升华法是利用固体混合物中被纯化物质与其它物质(或杂质)具有不同的蒸气压，例如采用升华法从茶叶中提取咖啡因，就是利用茶叶中咖啡因等生物碱的蒸气压较其它物质的高些，受热时易挥发而冷却时又易凝结从而达到分离纯化的目的[4]。此法适用于纯化在熔点温度以下蒸气压较高(高于20mmHg)的固体物质[5]。

2.2 液态有机物的分离和纯化

将液态物质加热到沸腾变为蒸气、再将蒸气冷凝为液体的联合操作即蒸馏[4]，主要包括常压蒸馏、减压蒸馏、分馏、水蒸气蒸馏。这些不同的操作在原理上基本依据液态物质受热时蒸气压与温度的关系、拉乌尔定律、道尔顿分压等物理化学知识[7]。表2列出了几种蒸馏技术的特点和应用。

表2 几种蒸馏技术的特点和应用[4，5]

运用蒸馏法分离提纯具体物质时，学生首先要认真预习，必要时查阅该物质的一些物理常数，如沸点、蒸气压、溶解性等，并认真听取教师对原理的讲解，以确定具体用哪种蒸馏方法对该物质进行分离提纯。

2.3 其他分离纯化操作

萃取操作主要依据分配定律，有机物在两种互不相溶的溶剂中溶解度或分配系数不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂中的分离提取技术[4]。对于学生而言要学会经典的萃取操作如液-液萃取，如采用有机溶剂将水层中的有机物转移至有机层;液-固萃取，用索氏提取器进行连续多次萃取以将固体中所需成分提取出，如茶叶中咖啡碱的提取[5]。药学领域中萃取技术有着更广泛的发展和应用，如超临界萃取可以提取中草药生物碱、香豆素等的有效成分，此外还有超声波萃取、微波萃取等[4，5]，只有掌握基本萃取技术才能为以后这些复杂萃取提供技术参考。

色谱法是一种物理分离方法，以相分配原理为基础，通过混合物在互不相溶且做相对运动的两相中的分配不同或在固定相上的分配能力不同，从而达到分离。目前在学生有机实验中主要涉及柱色谱、纸色谱和薄层色谱，此处学生重在掌握实验的要领和操作过程，对于具体物质选择对应的色谱法进行分离。

3 理论原理与实践操作的相互转换

尽管有机基础实验的原理涉及的物理化学知识学生尚未学到，然而对学生首先是获取感性知识，即会用这些原理的一些结论进行实验，并顺利完成，掌握实验的过程和关键才是最重要的;另一方面通过实验，学生反过来对原理又有了更深层次的理解，通过实践使自己对理论知识的理解更进一步，这样也为以后学习物理化学的相关知识奠定了一些基础，使感性知识能有机转化为理性知识。

[1]李晓飞，仝 艳，杨怀霞.药学类高校物理化学课程的定位思考[J].中国西部科技，2011，10(19):86-87.

[2]徐 飞，刘幸平，陈 军，等.药学专业中物理化学实验课件的制作及应用[J].广东化工，2010，37(11):178.

[3]马爱青.浅谈药学专业《物理化学》教学中的几点体会[J].广东医学院学报，2011，29(1):116-117.

[4]彭 松，林 辉.有机化学实验[M].北京:中国中医药出版社，2010.

[5]吉卯祉，梁久来，黄家卫.有机化学实验[M].北京:科学出版社，2009.

[6]钟俊辉.加强基本功训练夯实有机化学实验基础[J].右江民族医学院学报，2009，31(6):1087-1088.

[7]傅献彩，沈文霞，姚天扬.物理化学(第四版)[M].北京:高等教育出版社，2002.

G642.423

A

1006-2769(2012)02-0352-02

2011-12-15

2011年陕西省教育厅课题(11JK0689)

张 鑫(1978-)，女(汉族)，陕西咸阳人，实验师，硕士，主要从事有机化学实验教学。