綠色化學理念在有機化學及其實驗教學的探討

謝龍勇，彭 莎，劉 芳

(湖南科技學院化學與生物工程學院，湖南 永州 425199)

有機化學學科近年來逐漸成為了一門發(fā)展得越來越完整的學科，高等學校有機化學學科作為各高校化工院各專業(yè)所設教學學科的重要組成部分[1]，幾乎是各個分系的必修課。不僅如此，在人類文明史的發(fā)展過程中，有機化學也對提高人類生活質(zhì)量做出了非常巨大的貢獻。然而，我們同時不得不承認的是，一直以來所沿用的化學合成方法以及其建立起來的化學合成工業(yè)，對整個我們賴以生存的環(huán)境造成了嚴重的破壞和污染。一直以來所提倡的解決這些污染問題的主要方法是強制企業(yè)治理、停產(chǎn)、甚至嚴重的需要進行關(guān)閉，為治理污染耗費了驚人的物力、人力和財力。時間到了90年代初，許多化學家就提出了"綠色化學"的概念，此概念與傳統(tǒng)的"治理污染"不同的地方是大力倡導從源頭上減少污染、甚至消除污染的產(chǎn)生。 "綠色化學"要求所有的化學活動，包括需要使用的原料、化學合成過程、以及最終得到的產(chǎn)物，需是對人類的健康和環(huán)境是友好的。基于如是種種，將綠色化學的理念引入高校有機化學課堂及其實驗教學中顯得尤為重要，且勢在必行。

1 “綠色化學”理念引入有機化學課堂教學

1.1 加強目的教學

緒論課又稱前言課，其是一門課程的序幕，有機化學緒論課的教學目的是使學生明確學習目標，提高學生學習有機化學課程的自覺性，并激發(fā)學生的學習興趣。因此，前沿課需具有以下兩大特征：a. 概念性：前沿課應準確介紹綠色化學的定義及其覆蓋范圍，將綠色化學的定義以及發(fā)展結(jié)合整個化學發(fā)展史進行介紹，同時確保化學學習的連貫性; b. 目的性：前沿課應著重介紹綠色化學現(xiàn)階段的發(fā)展情況以及其方向和發(fā)展前景，同時引導學生進行此發(fā)展方向的學習以及解釋需要具備知識結(jié)構(gòu)。

因此，首先介紹綠色化學的發(fā)展歷程，以各種著名化學家、實驗以及化工企業(yè)的事例為依據(jù)說明其出現(xiàn)的必然性，并詳細概括并解釋其對于化工生產(chǎn)、環(huán)境保護甚至是我們社會發(fā)展的巨大意義。然后向?qū)W生介紹國內(nèi)外綠色化學的發(fā)展現(xiàn)狀以及很多國家或地區(qū)對其大范圍的概況。

1.2 舉例說明“綠色化學”的益處

在課堂教學中通過比較傳統(tǒng)合成方法與現(xiàn)代綠色合成方法[2]，通過兩種方法對比更好說明綠色合成的優(yōu)點。本文以炔烴水合反應為例。

炔烴水合反應是一個重要的有機反應，因為其可以將炔烴轉(zhuǎn)變成酮類化合物，在有機合成領(lǐng)域應用非常廣泛。炔烴水合傳統(tǒng)方法是以過渡金屬催化，酸作為促進劑。常用的過渡金屬包括汞、銦、銅、銀、鈀等，過渡金屬的使用導致反應后處理復雜，而且容易引發(fā)產(chǎn)品金屬殘留問題，限制了這類反應在醫(yī)藥領(lǐng)域的運用。

因此，在指導學生設計有機反應時，應當讓學生明白反應“不綠色”具體體現(xiàn)在哪些方面，從而有針對性地對反應條件和反應路線進行重新規(guī)劃，達到反應綠色的目的。針對上面提到的炔烴水合反應，越來越多綠色路徑被開發(fā)出來。例如，以酸性離子液體代替一般的質(zhì)子酸，離子液體可以回收套用，從而可以有效地解決傳統(tǒng)炔烴水合反應中酸污染的問題。近年來，低共融溶劑以及生物質(zhì)溶劑廣泛使用，也為解決炔烴水合反應金屬殘留問題指明了方向，我們可以試著讓學生采用低共融溶劑代替常用有機溶劑，因為這類溶劑可以溶解過渡金屬，可以達到過渡金屬重復使用的目的。作為老師，應當時刻該將這些前沿綠色領(lǐng)域的發(fā)展向?qū)W生傳授，讓學生有自主意識，今后從事有機研發(fā)過程中，盡量規(guī)避那些對環(huán)境污染比較大的反應路線，開發(fā)出更多綠色反應條件，造福民生[3]。

2 “綠色化學”理念引入有機化學實驗教學

2.1 借助多媒體工具

多媒體工具教學借助了聲音、影像以及圖片等媒介，能夠為學生全面地優(yōu)化化學實驗以及展示效果，其具體作用包括：其一，其可以幫助學生更加理解實驗，從而使學生對實驗產(chǎn)生的實驗效果的接受度更強，對知識理解更加透徹;再者，借助多媒體模擬實驗可以盡量避免污染的生成，正符合綠色化學的要求; 第三，其也可以模擬工業(yè)生產(chǎn)過程。比如對于大多數(shù)學生未見過的實驗如接觸法制硫酸、氨氧化法制硝酸等，會缺乏具體地感性認識，通過多媒體媒介可以形象地展現(xiàn)出所有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時其可以反復播放，調(diào)整視圖大小，滿足多方面的需求。

目前多媒體實驗教學的學習資料非常豐富，結(jié)合本人多年教學經(jīng)驗，建議可以有以下教學改革：在總課時量不變的基礎(chǔ)上，將觀看多媒體影像的學時增加，運用多種教學手段，保證學生不僅可以理解實驗原理，同時可以明確實驗的標準操作。

2.2 引導實驗創(chuàng)新

有機化學實驗一般可以有三大部分，可以概括為基本操作部分、驗證性實驗部分和合成實驗部分。這三個部分中，基本操作指的是該課程實驗的所有基本操作，例如藥品的擺放、計量儀器的使用、反應器的加熱蒸餾以及玻璃儀器的操作等; 而驗證性實驗部分指的是化合物特有性質(zhì)的驗證，比如我們理論課中已經(jīng)知道的苯酚與三氯化鐵的顯色反應以及銀鏡反應等等; 最后合成實驗部分則是考查學生操作實驗的所有步驟，設計并完成綜合實驗的能力。這三部分現(xiàn)與其理論教學是相對獨立的，如此造成很多學生理論學的不錯，但是真正進行操作的時候問題不斷，非常不熟練，對于自己對實驗進行設計和創(chuàng)新更是困難重重。更為重要的是，學生在操作的時候經(jīng)常由于試劑和溶劑利用率過低而將其廢棄，由此對環(huán)境造成很大污染，也很不符合綠色化學的發(fā)展要求。如果老師在講授過程中，能將上述三部分有效結(jié)合，不僅能夠提高教學質(zhì)量，讓學生學以致用，還能培養(yǎng)學生有綠色化學的意識[4]。

高校學生對于有機化學的學習尤為關(guān)鍵，未來科研隊伍的建設肯定有我們現(xiàn)在課堂教學中的很大部分學子，而綠色化學的發(fā)展已成為趨勢，由此，將此概念引入課堂以及實驗教學尤為重要，結(jié)合先進實驗技術(shù)、多媒體輔助教學、以及將實驗內(nèi)容推陳出新、引導學生進行實驗前優(yōu)先選取環(huán)境友好型的化學試劑、優(yōu)化實驗方案，使之盡量符合綠色化學的概念是我們作為高教有機化學教師的職責，作為化學教學工作者，進行減少環(huán)境污染的教學與科研是我們的共同目標。