关于提高学生有机化学“绿色化”意识的探讨

张丽

(衡水学院应用化学系，河北 衡水 053000)

绿色化学(Green Chemistry)是20世纪末崛起的一门新兴学科，相对于传统化学，它是未来化学化工发展的主要方向之一。绿色化学就是用化学的方法和技术去减少或避免那些对人类的健康、社会安全、生态有害的原料、催化剂、溶剂在生产中的使用，同时在化工生产中产生极少量的的副产物、废物。绿色化学的根本就是从根源上去除污染，而不是先污染后治理。理想的绿色化学方法是不再使用有毒、有害的原料，不再产生副产物，不用再处理废物，达到“零排放”的特点。

有机化学作为一门基础学科，其涉及范围很广，内容渗透至各个学科，是理工科院校化学、医药、生命科学及化工、制药、材料等专业的主要基础课之一，在培养高素质综合型人才中起着非常重要的作用。有机试剂大多数具有挥发性和毒性，实验教学中产生大量化学污染物，排放这些污染物不但污染环境，更危害到师生的身体健康。开展大学有机化学实验的绿色化探究不仅对化学实验的教学具有重要的实际意义，而且对化学学科的发展具有重要的战略意义和深远的社会意义。因此，就如何减少直至最终根除有机化学实验的污染，培养学生的绿色化理念和环保意识已经引起社会普遍重视。现将我们在有机化学实验教学过程中的一些具体做法总结如下。

1 保留基本符合绿色化学要求的实验

一些简单的基本操作性实验，如塞子的钻孔和简单玻璃工操作、萃取、熔点的测定、重结晶提纯法、蒸馏和沸点的测定、从茶叶中提取咖啡因(选做95%乙醇作提取液)等实验，另外，碳水化合物的性质、氨基酸和蛋白质性质等实验中也含有基本符合绿色化学的实验。这样，此类实验约占总实验的30～35%。

2 对环境污染较严重的实验则需改进

这类实验约占总实验的30%，是当前研究的重中之重。根据多年的实践研究报道，主要有以下几个方面。

(1)改变催化剂

像乙酸乙酯的制备，大多数教材所用的催化剂是浓硫酸，但浓硫酸的氧化性强、吸水性强、选择性低，造成反应物的碳化、氧化、产品产率低、质量不高，产生大量副产物，污染环境，而且浓硫酸腐蚀性强，学生操作实验危险。且浓硫酸在实际生产中严重腐蚀设备。而参照目前酯化反应的很多研究，分别用五水四氯化锡、硫酸氢钠、二水氯化锡、浓硫酸、对甲苯磺酸、六水三氯化铁、固体超强酸(SiO2/SO2－4、SO2－4/c－Al2O3、Fe2O3/SO2－4)作催化剂10种方法进行了对比，发现用固体超强酸(SiO2/SO2－4)作催化剂对环境友好、可循环使用、用量少活性高。其优点是对环境无污染、安全，收率达93%左右，较用浓硫酸作催化剂得到48%有大大的提高。并且催化剂可多次重复使用6次收率也没有明显降低。此外，对用乙醇制乙烯、环已醇制备环己烯、和其他的酯化实验也可以进行类似的改进，用对环境无污染的无机盐和Al2O3作催化剂，均可得到很好的教学效果。另外我们也可以查阅文献引入离子液体作为催化剂。离子液体是公认的绿色化溶剂，而离子液体作为催化剂也是一项相当成熟的研究，它既可作为溶剂又是催化剂并可多次回收利用。

(2)改变加热方式

目前，微波技术在有机化合物合成和提取中已迅速发展，成为最高效最方便地促进化学反应的方法之一。将其引入有机化学实验中，比传统的用电热套或水浴加热法省时节能，且能产品的纯度和提高产率。像肉桂酸的合成实验，传统加热法为:制备反应用电加热套加热回流反应(45min)，然后水蒸气蒸馏(1.5h)，再中和、溶解，然后抽滤，最后滤液酸化、冷却、抽滤、水洗，还要重结晶得到产品(产率68%)。改用微波辐射为:制备反应只需(10min)，而水蒸气蒸馏要(15～20min)，得产率76%～78%。这就大大的节省了反应时间，而且可以多组学生共用同一微波炉。另外还可以采用超声波辅助法代替原始的热回流装置。

(3)减少试剂用量

有机试剂大多数可燃、有毒、强挥发性，若按正常用量进行实验，需要消耗大量试剂，由此带来资金浪费、污染大、三废处理困难等问题。微型有机化学实验因试剂用量少，污染小，被称为“绿色化学实验”。我国在1988年制定高校化学教育研究中心的科研规划时就列入了微型化学实验的研究课题并组建了课题研究协作组，经过多年努力，取得了很大的进展，自1990年以来微型化学实验得到很快的发展。而有机化学实验教材，新版本比旧版本在试剂的用量上，明显向小和少的方向发展。但基于经费的限制，各校发展并不平衡。对于一些性质实验，学生只需得到现象，因此教师在做预示时可以适当的减少用量，并记录，讲课时告诉学生。使学生也养成节约药品用量的习惯。

(4)用无毒或低毒试剂代替高毒试剂

在制定实验教学计划时，要及时修订实验内容，尽量采用低毒、无毒或天然产物代替毒性高的化学试剂，这样既达到了实验目的，又降低了污染。像水蒸汽蒸馏，教材通常采用毒性较大、又不好自然降解的有机试剂，如苯胺、辛醇等，可以改称从一些天然产物中提取挥发性油，例如从橙皮中提取橙皮油，原料来源广泛，产物处理简单，即减少污染，又增强学生理论联系实际的能力，学生在做实验的过程中还有兴趣。

(5)引入多媒体技术，将实做改为演示

一些对人体危害极大并对环境污染严重的实验，可做成录像给学生播放，如芳烃和卤代烃的性质、醇酚醚的性质、醛酮的性质等实验所用药品均有很大毒性，对环境污染严重，同时其中的个别实验，学生实际操作时往往不太容易出现象，实验效果不理想。改用多媒体教学，有机化学教师在讲授有机课程中播放视频，既没污染，现象又明显，如亲临其境，学员感到很新颖，兴致很高。

3 坚持回收和处理实验室有毒有害废物制度

该制度在从进有机实验室做实验时就已经建立，只是因为实验中产生的有毒有害物质种类太多而数量又不多，加上环保部门目前也没有顾及到这一角落，也就产生了对废物处理不重视的思想，制度坚持得也不好。所以为了保证这一制度的实施，应该把对有毒有害废弃物的回收和处理工作当作一项重要的教学和科研任务，专人专管，针对污染特点研究处理方案。

4 重视教育、加强训练

这是保证有机实验绿色化进行的一个很重要的环节。污染性强的实验，即便实验技术非常先进，如果学生对实验绿色化认识不足，做精力不集中、操作不规范，比如对有毒的易挥发试剂的使用方法不当、取后不及时密封、不慎或意外将有毒物质洒落等等，都会造成试剂外泄，而不能达到预期的目的。为了避免和减少以上问题的发生，我们的做法是重视绿色化实验教育，讲清试剂的性能、危害和使用时注意事项;预习、作业和考试中要有一定数量绿色实验的题目，其内容大体分为一般了解和掌握两类。同时开设绿色化学课程，是学生更多的了解绿色化学，让他们把实现化学实验绿色化当成一项任务。

5 实验室的三废处理

化学实验室中有机化学实验室是污染最严重，实验教学过程中会产生大量的废气、废渣、废液等化学废物，这些废物的排放不但污染了环境，更危害师生的身体健康。所以指导学生如何的去排放和处理三废，重视三废的回收利用，培养环保意识十分重要。在实验室里要专门设立废物桶、废液桶、废渣桶，教育学生分类收集，然后分别处理。

(1)废渣处理。①制备固体有机化合物的实验主要是独立性实验，个别合成实验得到的固体产物可以下次实验套用，如制备实验得到的粗苯甲酸可用于升华、重结晶实验的原料;制备得到的乙酰苯胺可作为合成对硝基苯胺的原料。②对不能套用的产物、副产物及其它残渣应统一回收处理。

(2)废液处理。①对学生制备的液体产物同固体产物一样可以个别套用，如环己烯可用于合成7.7－二氯双环［2.2.1］庚烷的原料。实验得到的液体产物用试剂瓶进行统一处理。②对有机溶剂回收提纯进行再利用。③对含重金属离子和酸、碱浓度较高的废水、副产物要统一回收处理。比如银镜反应中得到的硝酸银就可以通过电解得到银。这个方案已经有人实施。我们只需引入即可。

(3)废气处理。①对反应过程中产生的气体要接吸收装置进行回收。②学生实验台上全部安装封闭式排风装置。

总之有机化学实验的绿色化可以减少“三废”和有毒有害物质的排放量，改善实验室的空气质量，保障师生身心健康;减少化学试剂的用量，节省实验经费;增强师生的实际操作能力和环保意识。教师要及时的查阅文献，引进更先进的化学方法，着眼于从根本上向绿色化学转变，努力研发绿色溶剂和化学试剂、绿色化学反应和化工工艺。而不单单依靠教材。通过教学使学生树立绿色化学和环保意识，成为未来的“绿色化家”。

［1］宋桂苓。绿色有机化学实验的探索和实践 实验室研究与探索2006－08

［2］王剑秋;张复兴;邝代治。有机化学实验的绿色化探索与实践 衡阳师范学院学报2007－06

［3］杨志强;王莉贤;王红。绿色化学与有机化学实验实验室研究与探索2005－11

［4］王蕊;构建绿色化学实验室的探讨 科技信息2011－05