水無氧技術(shù)在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中的研究與應(yīng)用

俞悅

摘? ? 要：實驗研究工作中經(jīng)常會遇到一些特殊的化合物，有許多是對空氣敏感的物質(zhì)——怕空氣中的水和氧，為了研究這類化合物—合成、分離、純化和分析鑒定，必須使用特殊的儀器和無水無氧操作技術(shù)。所以，無水無氧操作技術(shù)已在化學(xué)中較廣泛的運用。在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)課程中開設(shè)無水無氧實驗操作，使學(xué)生接觸并掌握有機(jī)合成的高級操作，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，激發(fā)學(xué)生的研究興趣。

關(guān)鍵詞：無水無氧技術(shù);有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué);研究;應(yīng)用

1? 前言

隨著化學(xué)化工領(lǐng)域發(fā)展，對于專業(yè)人才的需求越來越多，對實踐操作技能的要求也越來越高。化學(xué)作為一門實驗科學(xué)，學(xué)生參與各種化學(xué)實驗是本科生提高自身綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。為此，一些綜合性大學(xué)對化學(xué)實驗進(jìn)行了一系列改革，提出了在本科高年級開設(shè)綜合化學(xué)實驗，這對實現(xiàn)高素質(zhì)專業(yè)人才培養(yǎng)具有舉足輕重的影響。

無水無氧技術(shù)是最近幾十年新興起來的一門技術(shù)，在有機(jī)化學(xué)和無機(jī)化學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一門必須掌握的實驗技術(shù)。為了讓學(xué)生在本科階段接觸到無水無氧技術(shù)，有必要將無水無氧實驗作為化學(xué)實驗教學(xué)改革的一部分引入到本科教學(xué)中來，這對形成更為合理的實驗教學(xué)體系有著積極的作用和價值。

2? 無水無氧實驗技術(shù)的分類和特點

目前，無水無氧操作技術(shù)發(fā)展比較成熟，主要有以下三種類型：（1）高真空線操作（Vacuum-1ine）;（2）手套箱操作（Glove-box）;（3）Schlenk操作。

2.1? 高真空線操作技術(shù)（Vacuum-1ine）

高真空線操作技術(shù)的要求很高，尤其是對真空度的要求更為苛刻，它要求實驗的整個操作過程都在真空或接近真空的系統(tǒng)中完成，這對于它的應(yīng)用和推廣有著較大的局限性目前，這種技術(shù)只能應(yīng)用于一些特殊的領(lǐng)域，在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中廣泛采用的可行性不大。

2.2? 手套箱操作技術(shù)（Glove-box）

手套箱操作技術(shù)是在純的惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行，對真空度的要求較高，使用領(lǐng)域較為廣泛相對于下面所介紹的Schlenk操作技術(shù)，它存在著一定的不足，尤其是在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和將體系抽真空方面，加上裝置本身的特殊性，它在某些領(lǐng)域的使用還是存在著一定的局限。就目前而言，這種技術(shù)還不適合推廣到本科的有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中13Schlenk操作技術(shù)。

2.3? Schlenk操作技術(shù)

在惰性氣體的保護(hù)下，使用特制的玻璃儀器進(jìn)行操作，它的中心部件是雙排管，所以，Schlenk操作技術(shù)有時也被稱為雙排管操作技術(shù)。這一技術(shù)對真空度有一定的要求，除水和除氧的方法都比手套箱簡單、安全和有效通過Schlenk操作系統(tǒng)，可以進(jìn)行各種化學(xué)實驗，也可以利用雙排管操作技術(shù)對產(chǎn)物進(jìn)行分離純化、轉(zhuǎn)移和儲藏目前，這種技術(shù)非常成熟，已經(jīng)被廣泛使用鑒于這種技術(shù)的特點和優(yōu)勢，可以將其引入到有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中來，從而拓寬有機(jī)實驗教學(xué)的內(nèi)容和范圍。

3? 無水無氧技術(shù)在教學(xué)實踐中面臨的問題

3.1? 無水無氧裝置精細(xì)，熟練掌握需要一定時間

無水無氧裝置十分精細(xì)，對實驗操作人員有著很高的要求，需要熟練的操作技術(shù)。有時候?qū)嶒灥囊粋€環(huán)節(jié)只要稍有疏忽，就會導(dǎo)致實驗的失敗。因此，實驗操作人員除了要具備一定的實驗基礎(chǔ)之外，還需要對裝置的組成和原理有著清晰的了解和認(rèn)識，掌握無水無氧裝置的組成。安裝和工作原理，在充分熟悉其操作方法之后才能開展相關(guān)實驗，而這一過程需要花費一定的時間和精力。

3.2? 實驗裝置價格較為昂責(zé)，管理和維護(hù)存在困難

與普通實驗裝置不同，無水無氧裝置價格昂貴和高精密性，購置需要一定的資金投入。在管理和維護(hù)上也與其他裝置有所區(qū)別，一般的實驗裝置不需要安排專人負(fù)責(zé)，而該裝置需要配備專人進(jìn)行管理和維護(hù)，才能確保該裝置安全、有效的使用購置。管理和維護(hù)無水無氧裝置都需要資金的投入，這給在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中推廣增加了一定困難。

3.3? 無水無氧技術(shù)缺少教材，增加了授課難度

由于無水無氧實驗的特殊性，在學(xué)生中開展這方面實驗很少，目前在各高校采用的有機(jī)化學(xué)實驗教材中，很難找到有關(guān)無水無氧方面的實驗實例，這與快速發(fā)展的實驗技術(shù)極不協(xié)調(diào)。目前，缺少教材是嘗試和推廣無水無氧實驗的一大阻力，也給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了不便。

4? 無水無氧技術(shù)在教學(xué)實踐中的優(yōu)勢

（1）對于有機(jī)化學(xué)實驗來說， 傳統(tǒng)的教學(xué)方法和模式在一定程度上過于陳舊， 學(xué)生所能接觸到的實驗過于單一， 操作技術(shù)和實驗?zāi)芰茈y有所提高和突破。無水無氧實驗技術(shù)有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生的實驗技能;也有利于學(xué)生了解實驗領(lǐng)域中特殊的研究方法和研究手段，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生綜合運用實驗技術(shù)的能力;

（2）無水無氧裝置的精密性和復(fù)雜性特點，能夠有效地吸引學(xué)生注意力，在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和科研意識方面將起到橋梁和紐帶作用，同時，這也為學(xué)生完成畢業(yè)論文打下堅實的基礎(chǔ)，為大學(xué)生科研課題的申請和實施提供了有力的保障。

（3）該實驗基本是三個同學(xué)一組進(jìn)行的，每個實驗根據(jù)實驗情況進(jìn)行具體分工合作，中間針對出現(xiàn)的問題進(jìn)行溝通和討論，出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識。

（4）有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，是化學(xué)教學(xué)的核心任務(wù)之一。教師的教學(xué)思路和方法很容易受到教材內(nèi)容的限制，無法將最先進(jìn)的實驗技術(shù)和方法在教學(xué)中呈現(xiàn)出來。在本科有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中增設(shè)無水無氧實驗，可以豐富有機(jī)實驗的教學(xué)內(nèi)容，有利于改變傳統(tǒng)的、單一的教學(xué)思路和模式，增加教師授課的新穎性和趣味性，從而拓寬教師教學(xué)的新思路。

5? 結(jié)語

對有機(jī)化學(xué)實驗內(nèi)容和方法進(jìn)行改革，符合當(dāng)今化學(xué)發(fā)展的需要，適應(yīng)時代對人才提出的新要求。在有機(jī)化學(xué)實驗中增加無水無氧實驗（Schlenk操作），改變目前學(xué)生實驗技能的單一性局面，讓學(xué)生在較高層次上了解化學(xué)實驗領(lǐng)域中的特殊研究方法及手段，提高學(xué)生對化學(xué)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和創(chuàng)新能力。因此無水無氧技術(shù)在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中的研究與應(yīng)用，達(dá)到了提高綜合能力和培養(yǎng)綜合素質(zhì)的訓(xùn)練目的，化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

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