绿色化学在有机化学实验教学中的探索

韦复华　李　琳　张声俊

(1、2、3.安顺学院化学化工学院，贵州　安顺561000)

绿色化学在有机化学实验教学中的探索

韦复华1李琳2张声俊3

(1、2、3.安顺学院化学化工学院，贵州安顺561000)

摘要：随着工农业的发展，环境污染越来越严重，绿色化学越来越受到重视，文章从三个方面对有机化学实验的绿色化进行探究，即药品的微量化、试剂的绿色化以及产品的循环化及其实验室“三废”的绿色化处理。

关键词：有机化学实验；绿色化学；环境保护

化学是以实验为基础的科学，其中实验主要包括有无机化学、机化学、分析化学及物理化学等相关实验，因为实验是验证理论的基础。然而，化学物质的滥用以及化学品本身的毒性，这一问题导致与我们生活息息相关的生态环境遭到严重的破坏和污染。由此美国化学会的专家便提出了“绿色化学”(Green Chemistry)这一概念。绿色化学又称环境友好化学 (Environmentally Friendly Chemistry)、环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)[1-2]。从科学观点看，绿色化学是化学学科传统思维方式的更新和发展；从环境观点看，它强调从源头上消除污染；从经济观点看，它倡导合理利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求[3-4]。绿色化学涉及内容广泛，比如无机化学、有机化学、分析化学及物理化学、有机合成等许多相关领域，因此对化学实验的绿色化研究是非常重要的。

1化学实验的环境现状分析

化学实验涉及到四大基础化学，实验室中“三废”(废液、废渣及废气)基本都是没有经过处理，废液直接经下水道排到湖泊、而废气及废渣直接对大气和环境造成污染。随着高校学生人数的增加大量的课题产生的三废以及使用剧毒，易制毒品试剂量，同时科研实验室产生的污染物也是不可忽视的。以安顺学院为例，最近几年我校招生人数是陆续降低的，但是实验人数是在增加的，2009年以前只有化学和化学教育专业做化学实验，2009年增加了生物科学，2010年增加农学专业，2012年增加化学工程与工艺，从2008年以前的只有2个专业做化学实验到2014年的5个专业做化学实验，只是短短的五年间就增加了一倍的学生，平均每班一学期只做10个实验，这产生的三废将更多，那些规模比较大的学校，既有学生的实验同时又有大量的科研人员，他们所产生的三废就已经够多了，别提大型化工厂矿，制药厂等。因为化学实验与环境污染有着密切的联系，固体废物污染、水污染以及空气污染等问题基本都与实验室所使用的试剂、产生的三废有关。在所有化学实验中，特别是有机化学实验污染比较严重，因此对有机化学实验的污染研究是非常必要的。

1.1有机化学实验课程的现状分析

一般有机化学实验教材包括五部分的内容：(1)有机化学实验的一般知识，主要讲解实验的一般常识及安全等；(2)有机化学实验的基本操作，主要包括蒸馏、重结晶、萃取及升华等基本操作技术；(3)有机化合物的性质实验，这一部分主要是巩固理论基础知识，比如官能团的鉴别、化学反应的现象等；(4)有机化学合成实验，包括醇、酚、醚、醛、酮以及羧酸等的制备，比如己二酸的制备、乙酰水杨酸(阿司匹林)、乙酰苯胺、甲基橙的制备、以及乙酸乙酯的制备等，在这一部分中所消耗的原材料、药品以及试剂等均较多，对环境的危害也相当大；(5)天然有机化合物的提取，有从茶叶中提取咖啡因、丛黄莲中提取黄连素等。在有机化学实验中前三部分消耗的药品较少，甚至可以将第四部分合成的产品回收后作为第三部分的材料，比如将制备的苯甲酸的粗产品用作重结晶的原料等，第四部分和第五部分相对耗费的药品较多，有些甚至毒性较大等。因此在有机化学实验的方案中应该开设更多、更高效的绿色反应等。

1.2绿色化学的意识的渗透

将绿色化学意识融于有机化学实验教学中，使绿色化学成为有机化学实验的重要组成部分。由于实验课程的引导需要教师在教学活动中起主要作用，在教学内容、实验操作、实验步骤及其教学方法等方面具备绿色意识，在整个实验过程中要求绿色化学的思想和内容贯穿于始终。然而，在选择实验和教学方式时，教师应遵循美国科学家、绿色化学的倡导者阿纳斯塔斯( Anastas PT) 和韦纳 ( Waner JC) 提出绿色化学的12条原则及Reduce、Reuse、Recycling 、Regeneration 、Rejection 5R理论。只要能够在教学和实践中运用好这12条原则和5R理论，它将使我们的生存环境产生更有利的影响，免遭生态的破坏和环境的污染而带来的苦难。

2加强实验设计，规范实验操作

在实验的选择和实验方案设计时应严格根据12条基本原则和5R理论，即减少试剂的用量及“三废”的排放，试剂和原料的重复使用；拒用无法回收的原料、试剂等；回收利用没有反应的原料、催化剂等；重复使用催化剂、溶剂等减少成本开支；利用再生能源，减少环境的污染等，这些主要体现在以下几个方面：

2.1药品的微量化

在实验中可以将试剂量减半或者尽可能选择做微型化的实验，这样既可以节约原材料，又可以减少原材料以及发生反应后杂质所带来的污染，例如乙酸乙酯的制备教材要求用9.5ml无水乙醇和6ml冰醋酸在2.5ml硫酸的作用下回流，完全可以将原料的用量减少一半或者减到三分二也能够做出相同的效果，减少的原料可以作为下一组学生所用的原料，而对环境也减少了污染。甚至还可以将此实验改为试管实验也能够观察到明显现象等。

2.2试剂的绿色化

在有机化学实验中试剂消耗非常大，做实验时尽量要求学生使用无毒、低毒、安全、经济的试剂，并且对环境污染较小，甚至是不污染的药品。生活中的水是天然的绿色试剂，例如从茶叶中提取咖啡因的实验，教材是用乙醇做溶剂，在索氏提取器中进行提取。联想到平时喝茶的人都是用白开水泡茶这一原理，将溶剂更换为水，将茶叶包好后在烧杯中煮沸1个小时后用氯仿进行萃取3-4次，合并萃取液后按照教材要求的步骤进行升华实验，观察到同样的效果，只是产量相对来说要低一点，但是能够达到实验目的。还有在苯乙酮的制备中要用大量苯作为溶剂，可选用甲苯来代替，因为甲苯的生理毒性比苯要小得多。

己二酸的制备传统通常采取的方法是用硝酸和高锰酸钾在加热条件下将环己醇氧化为己二酸，因为硝酸是危险、强腐蚀性的溶剂，生成副产物一氧化氮易与大气中臭氧发生反应而破坏臭氧层使紫外线直接射到地球造成人类的灾难等。目前有研究表明在过氧化氢的氧化体系下，采用钨酸钠作为催化剂，仅需加入催化量的硫氢酸钾和相转移催化剂如甲基三辛基氯化铵，反应条件较温和，易于控制，能够很好地完成反应[5]。用硝酸和高锰酸钾都对环境产生或多或少的污染，甚至不能够达到原子经济的目的，改用催化剂以后，既能够节约原料的使用又能够环保。

2.3产品的循环化

在制定或选择有机化学实验的方案和教学计划时，应该根据不同产品和原料之间的联系，可以将学生先做出的产品用在后续的实验中，例如，苯甲酸的制备和重结晶的操作就可以放在一起，将学生做出来的粗产品用在重结晶的操作中，这样不仅将学生所做的实验串联起来，而且还节约了原料、试剂，也提高了实验的综合性。在无机化学实验中所用到的指示剂甲基橙，在有机化学实验中，其中一个就是甲基橙的制备，我们可以将学生做的甲基橙进一步的加工提纯后拿到无机化学实验室用，这既可以节约经济，又减少环境的污染，把污染环境的程度降到最低。

3实验室废物的绿色化处理

实验室的废弃物主要包括“三废”(废液、废气、废渣)，对于废气的处理主要用液体试剂对它进行吸收，比如酸碱试剂等；处理废液的方法主要包括中和、活性污泥，沉降、吸附以及生物法对其进行处理；对于废渣的处理则通过专门的废渣回收瓶收集能够有效的控制实验室废渣对周围环境的破坏与污染。在实验中往往通过对“三废”的处理来培养学生的实践动手能力及环境保护意识。

综上所述，绿色化学在有机化学实验教学中及其重要，有机化学实验课程的绿色化建设需要教师和学生来共同努力和深入研究。作为高校教师，以身作则，让学生从课堂、教材开始树立环境保护的意识；在理论教学和实验教学中，采用适当的教学方法，向学生渗透绿色化学的意识，拓展学生的环境保护意识，培养学生的环保理念。

参考文献：

[1]朱清时·绿色化学[J].化学进展，2000，12(4)：410-414.

[2]Horvath I T，Anastas P T·Introduction：Green chemistry[J].Chem．Rev．，2007，107(6)：2167-2168.

[3]吴辉禄·绿色化学[M].成都：西南交通大学出版社，2010.

[4]谭小红，高慧等·高校化学实验教学的绿色化探索与实践[J].广东化工，2014，41(9)：262-263.

[5]包河彬， 晏华等·有机化学实验教学内容的绿色化改进[J].化学教育，2014,35(14)：39-42.

(责任编辑：王德红)

收稿日期：2015-03-03

作者简介：1.韦复华(1981.01～)，贵州正安人，安顺学院化学化工学院讲师，硕士。研究方向：有机合成及化学教学。

中图分类号：O6

文献标识码：A

文章编号：1673-9507(2015)03-0132-02

Exploration to Green Chemistry in Organic Chemistry Experiment

Wei Fuhua1Li Lin2Zhang Shengjun3

(1,2,3.College of Chemistry and Chemical Engineering, Anshun University Anshun561000, Guizhou, China)

Abstract：With the development of industry and agriculture, the environment pollution is more and more serious, green chemistry is becoming more and more attention。This paper is study to green chemistry from three aspects of organic chemistry experiment, the trace amount of the drug, the greening of the reagents, the cycle of product and greening of “three wastes” treatment in laboratory.

Key words:organic Chemistry experiment, Green Chemistry, environmental protection

2.李琳(1973～)，贵州安顺人，安顺学院化学化工学院教授，博士。研究方向：锂离子电池电极材料。