基础有机化学实验中绿色化学理念的应用探索

史玲 江国防 汪秋安

摘要：对有机化学实验课程的绿色化，一方面能够加深学生对理论知识的实践理解并培养学生的实验技能，另一方面又能够减少实验对环境造成的负面影响，树立并提高学生的环保意识。这也是实验教学改革发展的一个重要方向。

关键词：基础有机化学实验;绿色化学;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）45-0236-02

绿色化学又称环境友好化学，是指在制造和应用化学产品时应有效利用（最好可再生）原料，消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。绿色化学的最大特点是利用化学原理在源头采用预防污染的科學手段，从而使得过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“绿色化学”作为新世纪化学进展的主要方向之一[1]。有机化学实验是与化学相关专业学生必修的一门重要的专业基础课。传统有机化学实验中试剂的使用量较大，种类较多，而且大部分试剂都具有毒副作用和较强的挥发性，因此对环境影响很大。通过有机化学实验课程的绿色化，既能加深学生对理论知识的实践理解，培养学生的动手能力、分析解决问题能力、创新能力、实验技能，又减少实验对环境造成的负面影响，提高学生的环保意识和绿色化学意识，这也是实验教学改革发展的一个重要方向[2]。

（一）强化实验主体的绿色化学理念

要实现有机化学实验绿色化，首先教师自身要有绿色化学意识、环保意识和责任意识，能够在实验教学中应用绿色化学教学思想。在授课过程中，教师的以身作则，能初步建立学生的绿色化学意识。基础实验一般是低年级学生的课程，学生通常对实验涉及的化合物的性质认识不够，常常出现一些危害环境、危害自身安全的操作。例如，由于不能够准确把握药品体积或质量，因此经常出现过量取用药品的情况，但是多余的药品又不能倒回试剂瓶，就随意丢弃在桌面上或者水槽中。再比如，实验设计过程中，很多学生都没有考虑反应过程中有害气体的产生与否，往往会忘记设计气体吸收装置。在实验后处理环节，遇到待排放的酸碱溶液时，部分学生甚至会将未中和的溶液直接倒入下水道中。这些现象都说明学生缺乏绿色意识或者绿色意识还有待提高，因此在教学过程的各个环节教师不断强化绿色化学的理念就显得尤为重要：为了给培养学生绿色意识打下基础，在学生首次进入实验室时，介绍如何安全使用化学试剂，介绍“三废”直接排放对环境带来的危害;为了引导学生形成绿色化学的思维，在授课环节，对传统合成路径从原料、催化剂、反应温度等方面进行分析，对比新型的绿色合成技术，让学生对各种方法的优劣势形成直观的感受;为了让让学生自觉地产生环保意识，教师应在实践过程中具体介绍“三废”的处置方式，分析绿色实验的设计思路，并让学生自行设计绿色合成路线，通过多种方式使学生牢固树立绿色化学的意识。

（二）绿色化学理念在有机化学基础实验各环节中的应用

有机化学实验教学中所需的化学药品用量比较大，涉及一系列容易导致环境污染的药品，如强酸、强碱、有机溶剂和部分重金属盐等，同时反应和具体操作都有可能污染环境。从单次实验来说，可能造成的污染不大，但是累积效应却不容忽视。因此，探索如何将绿色化学的十二项基本原则应用在实践教学环节中就具有极为重要的意义。

1.微量半微量实验的开展。过去我校有机化学实验普遍是常量实验，存在如成本高、周期长，实验的废弃物量大而实验室难以处理等问题。近几年，随着微量半微量实验的开展，试剂的用量大大减少，实验成本明显降低，实验时间相应缩短，污染物的排放量也大幅度降低，从而减轻了环境的污染。实践证明，微量实验对学生的操作技能要求更高，再加上部分微量实验使用的仪器和操作方法与常量实验相比有着比较大的差别。因此，在降低环境污染的前提下，半微量实验能够更好地培养学生基本的实验技能。与过去开展常量实验相比较，现在单人单组开展实验，所使用的试剂或药品的量及产生的废弃物的量也远远不到过去的五分之一。

2.更新实验内容和实验手段的原则。在实验教学改革过程中，对于实验内容和实验手段的更新我们遵循了以下几条原则：1）尽量避免使用有毒有害或难以回收的反应溶剂或试剂;2）合理改进合成路线，尽可能减少“三废”的产生和排放;3）采用节能的实验手段，如微波促进反应。从多种制备方法中选择相对环保的实验路径，优选价格低廉、反应条件温和、原子经济性高、节能的环境友好型实验，也是绿色化学思想和环保理念的具体体现。

3.试剂回收循环使用。实验过程中，教师必须及时纠正学生的不规范操作，如过量取用反应原料、溶剂、催化剂，随意丢弃可回收利用的溶剂，随意混合不同回收再利用途径的药品、溶剂，从而造成回收或处理困难。回收循环利用能够将经无害化处理后的试剂，作为其他实验的基础材料再一次循环利用起来，可以节省资源、减少污染、降低实验成本。比如在荧光黄和碱性湖蓝BB的柱层析分离实验中，要求学生蒸馏收集洗脱剂乙醇，或用作其他班级同学实验的洗脱剂，或用作基础实验的蒸馏操作中的试剂，从而实现试剂的循环利用。另外在实验过程中，引导学生主动寻求提高试剂利用率、减少废弃物排放的方法，使学生自觉践行绿色化学理念。

4.实验室“三废”的处理。有机化学实验过程中会产生大量的废液，部分学生为了省事，往往随意合并废液并将其倾倒在下水道中，这种行为不但具有很大的危险性，而且成分复杂且浓度高的有机废液，进入到水体中会严重污染水质，对生态环境和人体健康也会产生不良影响。为了提高学生的专业素养和综合素质，教师对于学生在实验过程中回收处理“三废”做出了严格的要求：对于不可避免的废气，采用相应的气体吸收装置进行处理;废液、废渣不得随意丢弃，必须分类进行收集。教师将学生分成几个小组，分别对不同的废液、废渣及废瓶进行定期处理或回收。不能再使用的废弃物进行无害化处理，可以再用的进行重新提纯、重复利用，从而减少有害物的排放。例如，在正溴丁烷制备实验中回收的氢氧化钠溶液可被用来中和反应中洗涤完粗产品之后的硫酸，中和液再进行排放，而不是酸、碱液单独直接排放，这样既避免了酸碱对管道的腐蚀和对水体的污染，又避免了废液排放时可能引发的危险。[3]通过这些手段，使得学生对实验室废弃物的认识进一步加深，学生树立牢固的绿色化学理念起了强有力的推动作用。

5.仿真技术辅助实验教学。有些经典实验周期较长，所用药品太贵，装置复杂，试剂刺激性强甚至有剧毒，反应过程中会产生有毒有害的物质，还有些实验容易爆炸，危险性较大，对人体及环境危害较大，基础实验课程的条件还无法开展这些实验，如芳环的溴化反应、卢卡斯试剂与醇的取代反应、重氮化反应等。采用图片、flash模拟、视频等仿真技术将实验过程展示给学生就是非常有效的辅助教学手段。此类直观的实验资源，能够生动、形象地为学生演示实验的规范操作，展示实验的进展过程，既可以激发学生的学习兴趣，开阔视野，又可以有效地降低实验带来的污染，减少不安全因素。

6.合理运用多步骤半微量合成实验。传统有机化学实验课程独立性强、实验所需试剂种类多、产生废弃物多，单个实验产生的废弃物较难回收重复使用。遵循绿色化学的十二项基本原则，本校有机化学实验教学通过精心设计实验内容，采用连贯性系列实验，即将前一次实验的产品作为下一次实验的原料，从而尽量减少实验教学活动对教学资源的浪费和对环境的污染。例如二级实验“由苯胺合成对硝基苯胺”中，由苯胺经乙酰化获得乙酰苯胺一步实验，涉及到回流、抽滤、重结晶、熔点的测定等操作;产物乙酰苯胺经硝化获得对硝基乙酰苯胺，这一步实验涉及低温下的搅拌、抽滤、薄层色谱分析等操作;硝化产物再经水解获得对硝基苯胺，这一步中涉及酸化水解、中和、水蒸气蒸馏、萃取及柱层析等相关操作。在每一步实验中都要求学生对每一个细节和产品的质量进行分析，再将前一次分析的结果与下一次实验进行对比。因为每一次实验能否顺利开展都取决于前次实验中获得的产品的数量和纯度，因此，学生在做实验的时候都非常仔细、谨慎，能够充分理解各步实验之间的关系并进行规范操作。在独立的合成实验中，学生往往只重视实验的结果而忽视规范实验的基本操作，通过连贯性系列实验，这个问题得到了很好的解决，同时，学生对自己做过的实验也能留下较为深刻的印象。在连贯性实验中，每次实验的产品被用作下次实验的原料，很好地降低了实验成本，提高了经济效益，同时也解决了独立实验需要存放或处理大量、多种产物所面临的环境问题，具体实现了绿色教学。

三、总结和展望

在21世纪初，我国已经将绿色化学的发展与科学发展观有机地结合在一起，提出“以人为本，全面、协调与可持续发展”的观点。如何有效地将绿色化学理念应用到有机化学基础实验教学的过程中，既保证有机化学实验课程的正常开设，使学生掌握必要的知识和技能，又将其危害和污染降低到最低限度，这还需要广大化学教育工作者进行更广泛而深入的应用探索。

参考文献：

[1]张彦.绿色化学理念在大学有机化学实验中的渗透[J].才智，2013，（4）：41.

[2]尹晓刚.有机化学实验教学中实践绿色化學理念[J].广东化工，2013，40（6）：165-166.

[3]杨柳.化学实验室有机废液的管理与处理[J].实验室科学，2012，15（5）：191-193.