高校药物化学实验绿色化的探究与实践*

李冬梅，何丽仙，王 琳，施贵荣

(大理大学药学与化学学院，云南 大理 671000)

药物化学是一门发现与发明新药、合成化学药物、阐明药物的化学性质、研究药物分子与机体细胞之间相互作用规律的综合性学科，是药学领域中重要的带头学科，具有很强的理论性和实践性[1]。药物化学实验课程是理论教学的重要补充，对提高学生的专业技能、锻炼实践能力、培养学生的创新思维起着重要的作用。药物化学实验绿色化的研究一直是高校实验教学改革的重要方向，通过对传统的药物化学实验进行绿色化研究，并在实验教学中实施，从而达到减少反应物投料量，节约资源，降低环境污染，缩短反应时间等目的[2-4]。

绿色化学(green chemistry)又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，是指在制造和应用化学产品时有效利用(最好可再生)原料，消除废物和避免使用有毒或危险的试剂，其根本目的是节约资源和保护环境，是将现有化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染”[5-6]。

1 药物化学实验绿色化的必要性

目前，我国高校药物化学实验普遍存在环保意识和节约意识薄弱、实验操作粗放等问题。因此，高校应该积极响应绿色化学理念所提出的要求，在药物化学实验教学中充分渗透绿色化学的理念，以此来实现高校药物化学实验的绿色化。以绿色化的理念构建大学化学实验新体系，是针对我国高等院校化学实验教学中普遍存在的环境污染问题开展的研究，体现了环境保护和绿色化学的要求[7-8]。药物化学实验以药物合成为主，实验中常用到芳香族化合物(如苯甲醛等)、强酸(如浓硫酸、浓硝酸等)、强氧化剂等有害物质，实验过程中还会产生大量的废气、废液及废渣，每一个药物化学实验室都有可能成为一个化学污染源，而且学生实验每一年都要重复开展，长此以往，势必对环境造成严重污染[9]。因此，在药物化学实验教学中充分渗透绿色化学理念是非常有必要的。

2 绿色化学理念在高校药物化学实验教学中的应用

2.1 慎重选择实验内容，改进实验项目

实验的目的是使学生规范掌握专业技能，提高学生的动手能力，同时通过实验教学及学生参与实验，使学生更直接地理解和掌握理论知识。而传统的化学实验往往只考虑实验的典型性和代表性，忽视了实验内容和实验过程对环境的污染[10]。在绿色化学理念下，这种只注重实验效果而不考虑实验过程对环境污染的行为是不可取的，化学实验的绿色化要求化学反应的原料和试剂、反应条件、反应过程和反应产物都是绿色的[8]。因此，应该慎重选择实验内容、改进实验项目，力求达到实验内容的绿色化与教学目的相协调、相统一。例如在药物化学实验中，苯妥英钠的合成通常以苯甲醛为原料，在第一步安息香缩合反应中通常采用氰化物(氰化钠或氰化钾)为催化剂，氰化物本身为剧毒物，对实验者危害较大，同时实验产生的废液也对环境造成污染。若用生物辅酶维生素B1来替代氰化物，同样可以催化安息香缩合反应，而且维生素B1不仅没有毒性，还可缩短反应时间，减少对环境的污染。另外，也可以通过正交实验法等对现有的实验内容进行改进，例如应用正交实验法对贝诺酯合成实验过程中的催化剂、反应时间、氢氧化钠浓度及反应温度等条件进行优化，从而选择最佳反应条件[11]。通过正交实验法优化反应条件，使得各种反应物最大化地参与了反应，减少了化学试剂的浪费以及产生较少的废液及副产物。

2.2 推广微型实验的开展

微型实验具有使用原料少、操作简单快捷、环境污染小等特点，从源头上显著减少污染物的排放，是促进药物化学实验绿色化有效的方法[12]。各高校应当加快微型实验在药物化学实验教学中的推广，特别是对于要使用对环境有害的物质或可能生成对环境有害产物的实验，更应该采用微型实验的方式进行[8,13]。例如，在我校2014版药物化学实验教学大纲修订时，我们就将所开展的药物化学实验改为半量法，即每个药物合成实验中各种试剂和药品的投料量为原来的一半，实验现象和实验结果并未受到任何影响，这样既达到了教学目的，又尽可能地减少对环境的污染。

2.3 构建串联实验体系

串联实验就是将多个实验有机结合起来，将一个实验的产物作为另一个实验的原料的一种实验方法，串联实验不仅可以节省试剂，还能减少实验室对环境的污染[14]。构建串联实验体系，不仅能在同一学科中开展，甚至可以扩大到不同学科之间，以取得更大程度的资源节约和环境保护的效果[8]。我校药学专业的教师积极开展了多项教改项目，通过教改项目构建了可供药学专业学生开展的串联实验，并且已取得了一些成功的案例，例如药物化学实验中合成的阿司匹林，经重结晶纯化后，将作为学生自己在药物分析实验中测定阿司匹林原料药含量的药品，另外药物化学实验中合成的贝诺酯，经重结晶纯化达到纯度要求后，供学生药剂学实验来制备贝诺酯片剂等。通过串联实验不仅使药物化学实验中合成的药物得到了充分应用，减少了化学物质的浪费，使化学物质得到了充分应用。另外，通过构建串联实验体系，将药学专业相关学科合理地串联起来，有利于培养学生的创新性和构建专业知识体系的完整性。

2.4 妥善处理实验室产生的“三废”

在药物化学实验教学过程中，会产生一定量的废气(NO2、HCl、SO2等)、废液(含酸、碱或盐等的废液)和废渣(如反应产物、剩余的反应原料、反应副产物等)。实验室产生的废气、废液和废渣，若处理不当，不仅存在安全隐患，影响周围人群的健康，而且还会对环境造成严重污染。因此，在实验教学过程中，应该妥善处理“三废”。例如在药物化学实验中，由安息香来制备二苯乙二酮的实验，若使用了浓HNO3作为氧化剂，实验过程中会产生大量NO2有毒气体，在开展实验过程中，学生可以通过自制的吸收尾气装置进行尾气处理，这样既可减少对实验者的危害，也可减少由于NO2的排放对空气的污染。对于一些不易处理的废液和废渣，应由专门的人员按照三废处理标准进行处理，而不能将实验产生的“三废”随意进行排放和处理[13]。

2.5 采用模拟药物化学仿真实验

计算机仿真实验是依靠计算机创造的一个可视的实验操作环境，其中实验所需的试剂、仪器和设备均用仿真物体来代替，学生通过操作仿真的仪器和设备即可完成各种化学实验[15]。特别是对于那些要使用到有毒有害的化学试剂，或反应条件较苛刻、反应时间较长、存在安全隐患，或者会对环境造成污染的化学实验，可采用仿真实验来替代。通过计算机仿真实验系统与网络相连接，学生还可享受到开放的实验教学资源，学生可以在仿真实验系统中完成实验的预习、学习、模拟实验等过程[8,16]。模拟化学仿真实验既能让学生很直观的参与实验的全过程，同时对节约资源、减少化学实验对环境的污染具有积极影响[13]，是实现药物化学绿色化可借鉴的方法。

3 结 语

为了更好地适应社会发展，药物化学实验绿色化的研究具有重要的意义。药物化学实验绿色化既是时代发展的要求，也是药物化学学科可持续发展需要解决的重要问题。将绿色化学的理念和方法渗透到药物化学实验教学过程中，通过慎重选择实验项目、改进实验内容，推进微型化实验的开展，妥善处理实验“三废”，推广模拟药物化学仿真实验等手段，来促进高校药物化学实验绿色化的发展。