優化有機化學實驗內容減少化學試劑的消耗和污染

【摘要】對有機化學實驗內容進行優化,將循環經濟中的3R原則應用到有機化學實驗教學改革中,可減少實驗教學中化學試劑的消耗,使化學試劑能回收利用和循環使用,減少了環境污染物的排放。

【關鍵詞】有機化學實驗化學材料節約再利用

有機化學實驗對化學試劑消耗大,在不影響教學效果的前提下如何減少化學試劑的消耗,是教學改革的目標之一。筆者將循環經濟中的3R(Reduce——減量化、 Reuse——再使用、 Recycle——再循環)原則應用到有機化學實驗的改革中,取得了較好的效果。

一、 優化實驗內容

教學內容的制定應符合人才培養目標的要求。化學與化工工藝專業的有機實驗一般為4學時,包括性質實驗、制備或合成實驗、分離操作實驗(蒸餾、萃取)等。在不影響教學效果的前提下,筆者以減少化學試劑的消耗為出發點,對實驗內容進行了優化。優化的重點在制備實驗和分離操作實驗部分,因為這些實驗選擇的彈性大。通過反復論證,各實驗之間建立一定的聯系,通過微型化實驗、連續多步實驗及試劑的回收使用和循環使用達到節約的目的。當然,內容的選取不能僅僅是節約,應考慮反映的典型性和操作的代表性,更應注重能力的培養。優化后的實驗內容包括:有機化合物的性質實驗(不飽和烴的性質、酚的性質、醛酮的性質等,將性質實驗整合在一起);熔點的測定;有機化合物的萃取和洗滌;蒸餾實驗(學習蒸餾的理論和操作);茶葉中咖啡因的提取(學習萃取理論,練習索氏提取器的使用);綠色植物色素的提取和色譜分離;正溴丁烷的制備(取代反應,練習使用有害氣體裝置的回流操作,學習液體化合物的干燥方法);對硝基苯甲酸的制備(氧化反應,掌握化學分離、過濾、固體干燥的基本操作);對硝基苯甲酸乙酯的制備(酯化反應和可逆反應,掌握回流操作、低沸點物質的干燥);對氨基苯甲酸乙酯的制備(硝基還原反應,練習萃取、結晶、乙醚的回收安全操作);聯苯羰基丙酸的制備(酰基化反應,綜合實驗,掌握無水操作、水蒸氣蒸餾操作、過濾操作等);阻燃劑的制備和性能測定等。實驗內容的選擇為實現化學試劑的節約奠定了基礎。

二、 開展微型化實驗,實現化學材料的減量化

微型化學實驗具有節省試劑、減少污染、縮短學時等優越性。但是常規實驗和微型實驗有各自的優勢和不足,將所有的實驗實行微型化是不可行的。筆者選擇部分實驗進行微型實驗研究,取得了一定的效果。如正溴丁烷的合成實驗,常規實驗中正丁醇9.2 ml;溴化鈉13克,濃硫酸14 ml,加熱反應時間1小時;微型實驗用量正丁醇1.5 ml,溴化鈉(2 g),濃硫酸2 ml,加熱反應時間0.5 h。微型化實驗不僅減少了正丁醇、溴化鈉、濃硫酸的消耗,而且減少了有毒氣體溴化氫的排放。

三、 設計多步連續化實驗,實現中間產品的再利用

傳統的有機合成實驗都是一個個獨立的實驗,所合成的產品無使用價值便倒入下水道,既浪費,又污染了環境。筆者調整實驗項目,將幾個實驗連接起來,前一個實驗的產品是后一個實驗的原料,這樣既節約了原料,又減少了污染物的排放。同時,學生以自己的產品作原料進行下一步實驗,可迫使學生從一開始就認真操作,設法提高產率。在制備實驗中,筆者開設了對硝基苯甲酸的制備→對硝基苯甲酸乙酯的制備→對氨基苯甲酸乙酯的制備,三個實驗相連接,用自己制備的對硝基苯甲酸酯化制備對硝基苯甲酸乙酯,酯化的產品再進一步還原制備了對氨基苯甲酸乙酯,效果非常好。

四、 注重試劑的回收再利用和循環使用

減少浪費的措施之一就是資源的回收利用和循環利用。在有機實驗中筆者也作了一定的嘗試。如“茶葉中咖啡因的提取”實驗,用95%的乙醇作溶劑,每組需用150 ml,整個實驗對乙醇的消耗很大,而且95%的乙醇相對較貴,浪費嚴重。筆者練習蒸餾操作時安排了酒精的蒸餾,用的原料是工業酒精,價格便宜,而蒸餾得到的產品是95%乙醇,正好可以用于咖啡因的提取。而且提取咖啡因后的乙醇又可以作為蒸餾的原料循環使用。對氨基苯甲酸乙酯的制備中用乙醚做萃取劑,用后的乙醚要求學生蒸餾回收,下一班學生再使用。這些措施的實施,既減少了試劑的消耗,又增強了學生的節約意識。

【參考文獻】

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【作者簡介]李桂芬(1965-),女,河北南宮人,華北科技學院環境工程系副教授,研究方向:基礎化學的教學和研究。

(責編黎原)