淺談物理化學(xué)原理在藥學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

張 鑫，張光輝，沈 霞，趙忠孝

(陜西中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

淺談物理化學(xué)原理在藥學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

張 鑫，張光輝，沈 霞，趙忠孝

(陜西中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

分析了物理化學(xué)知識(shí)在藥學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，包括有機(jī)化合物基本常數(shù)的測(cè)定和基本技能操作，通過理論知識(shí)與實(shí)踐操作之間的相互影響提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能。

物理化學(xué)原理;有機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn);學(xué)生;操作技能

物理化學(xué)是高等學(xué)校藥學(xué)專業(yè)開設(shè)的四大基礎(chǔ)化學(xué)課之一，學(xué)生在學(xué)習(xí)了無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)之后，進(jìn)行這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)[1]。物理化學(xué)的任務(wù)是以物理原理和技術(shù)為基礎(chǔ)，研究體系中物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和行為，以及發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律[2]。物理化學(xué)除了為藥學(xué)專業(yè)課藥劑學(xué)、藥物化學(xué)、藥代動(dòng)力學(xué)等課程提供理論和方法指導(dǎo)外[3]，還對(duì)其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有理論指導(dǎo)作用。

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本技能操作涉及的原理與物理化學(xué)的一些理論知識(shí)有著密切的聯(lián)系，而有機(jī)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行往往先于物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，即學(xué)生在沒有學(xué)習(xí)這些理論知識(shí)和原理以前就先進(jìn)行實(shí)踐，這就給學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理時(shí)帶來一定的困難，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)效果產(chǎn)生一定的影響。因此，本文擬就如何把握物理化學(xué)原理對(duì)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)技能操作實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)、以及理論知識(shí)與實(shí)踐操作二者之間的相互影響對(duì)提高藥學(xué)學(xué)生有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)操作技能等方面進(jìn)行分析。

1 有機(jī)化合物一些基本常數(shù)的測(cè)定

表1列出了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中物質(zhì)基本常數(shù)測(cè)定的類型和所需主要儀器等[4，5]。

表1 有機(jī)化合物一些物理常數(shù)的測(cè)定方法和主要儀器

熔點(diǎn)和沸點(diǎn)測(cè)定的原理都基于物質(zhì)受熱時(shí)溫度和物質(zhì)蒸氣壓之間的關(guān)系，涉及的都是物理化學(xué)中的相平衡知識(shí)。在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生在理解原理的基礎(chǔ)上重在學(xué)會(huì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比如用Thiele管測(cè)定苯甲酸的熔點(diǎn)，關(guān)鍵在于觀察毛細(xì)管中樣品從塌陷到液滴出現(xiàn)再到最后全熔的過程，以及記錄對(duì)應(yīng)的溫度[5]。

折光率是基于光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)因其傳播速度不同而在界面上發(fā)生折射[4]，通過折光儀測(cè)定具體物質(zhì)的折光率;旋光度是由于某些有機(jī)物是手性分子，能使偏光振動(dòng)平面發(fā)生偏轉(zhuǎn)[5]，其具體測(cè)定也是借助于旋光儀進(jìn)行。學(xué)生在測(cè)定這兩個(gè)常數(shù)時(shí)只要細(xì)心，按規(guī)定步驟進(jìn)行操作，學(xué)會(huì)使用儀器，都能通過實(shí)驗(yàn)掌握具體操作過程。由于這兩個(gè)常數(shù)的測(cè)定都是借助于儀器完成的，類似物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在一些醫(yī)藥院校將其納入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，這樣學(xué)生通過物理化學(xué)理論的學(xué)習(xí)后，具備了一定的理論基礎(chǔ)，更易掌握該實(shí)驗(yàn)的操作。

2 基本技能操作——分離純化技術(shù)

在基本操作中分離提純有機(jī)物是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)，包括液態(tài)有機(jī)化合物和固態(tài)有機(jī)化合物的分離與提純。對(duì)藥學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言掌握此類實(shí)驗(yàn)操作能為以后從天然中草藥中提取和分離有效成分、藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)、中藥炮制等奠定重要的技術(shù)基礎(chǔ)[6]。

2.1 固態(tài)有機(jī)物的分離和提純

重結(jié)晶是基于被提純物質(zhì)及雜質(zhì)在溶劑中溶解度不同，讓雜質(zhì)全部或大部分留在溶液中(或被過濾除去)而進(jìn)行分離純化[4]。比如苯甲酸的重結(jié)晶，為了減小苯甲酸在熱溶液中的溶解損失，要采取熱過濾，這一點(diǎn)是與無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)中的重結(jié)晶不同的。因此學(xué)生在懂得重結(jié)晶技術(shù)的基礎(chǔ)上要有區(qū)別的對(duì)待具體實(shí)驗(yàn)，這樣方可提高實(shí)驗(yàn)的效率。

升華法是利用固體混合物中被純化物質(zhì)與其它物質(zhì)(或雜質(zhì))具有不同的蒸氣壓，例如采用升華法從茶葉中提取咖啡因，就是利用茶葉中咖啡因等生物堿的蒸氣壓較其它物質(zhì)的高些，受熱時(shí)易揮發(fā)而冷卻時(shí)又易凝結(jié)從而達(dá)到分離純化的目的[4]。此法適用于純化在熔點(diǎn)溫度以下蒸氣壓較高(高于20mmHg)的固體物質(zhì)[5]。

2.2 液態(tài)有機(jī)物的分離和純化

將液態(tài)物質(zhì)加熱到沸騰變?yōu)檎魵?、再將蒸氣冷凝為液體的聯(lián)合操作即蒸餾[4]，主要包括常壓蒸餾、減壓蒸餾、分餾、水蒸氣蒸餾。這些不同的操作在原理上基本依據(jù)液態(tài)物質(zhì)受熱時(shí)蒸氣壓與溫度的關(guān)系、拉烏爾定律、道爾頓分壓等物理化學(xué)知識(shí)[7]。表2列出了幾種蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用。

表2 幾種蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用[4，5]

運(yùn)用蒸餾法分離提純具體物質(zhì)時(shí)，學(xué)生首先要認(rèn)真預(yù)習(xí)，必要時(shí)查閱該物質(zhì)的一些物理常數(shù)，如沸點(diǎn)、蒸氣壓、溶解性等，并認(rèn)真聽取教師對(duì)原理的講解，以確定具體用哪種蒸餾方法對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行分離提純。

2.3 其他分離純化操作

萃取操作主要依據(jù)分配定律，有機(jī)物在兩種互不相溶的溶劑中溶解度或分配系數(shù)不同，將其從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中的分離提取技術(shù)[4]。對(duì)于學(xué)生而言要學(xué)會(huì)經(jīng)典的萃取操作如液-液萃取，如采用有機(jī)溶劑將水層中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移至有機(jī)層;液-固萃取，用索氏提取器進(jìn)行連續(xù)多次萃取以將固體中所需成分提取出，如茶葉中咖啡堿的提取[5]。藥學(xué)領(lǐng)域中萃取技術(shù)有著更廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，如超臨界萃取可以提取中草藥生物堿、香豆素等的有效成分，此外還有超聲波萃取、微波萃取等[4，5]，只有掌握基本萃取技術(shù)才能為以后這些復(fù)雜萃取提供技術(shù)參考。

色譜法是一種物理分離方法，以相分配原理為基礎(chǔ)，通過混合物在互不相溶且做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相中的分配不同或在固定相上的分配能力不同，從而達(dá)到分離。目前在學(xué)生有機(jī)實(shí)驗(yàn)中主要涉及柱色譜、紙色譜和薄層色譜，此處學(xué)生重在掌握實(shí)驗(yàn)的要領(lǐng)和操作過程，對(duì)于具體物質(zhì)選擇對(duì)應(yīng)的色譜法進(jìn)行分離。

3 理論原理與實(shí)踐操作的相互轉(zhuǎn)換

盡管有機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的原理涉及的物理化學(xué)知識(shí)學(xué)生尚未學(xué)到，然而對(duì)學(xué)生首先是獲取感性知識(shí)，即會(huì)用這些原理的一些結(jié)論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并順利完成，掌握實(shí)驗(yàn)的過程和關(guān)鍵才是最重要的;另一方面通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生反過來對(duì)原理又有了更深層次的理解，通過實(shí)踐使自己對(duì)理論知識(shí)的理解更進(jìn)一步，這樣也為以后學(xué)習(xí)物理化學(xué)的相關(guān)知識(shí)奠定了一些基礎(chǔ)，使感性知識(shí)能有機(jī)轉(zhuǎn)化為理性知識(shí)。

[1]李曉飛，仝 艷，楊懷霞.藥學(xué)類高校物理化學(xué)課程的定位思考[J].中國(guó)西部科技，2011，10(19):86-87.

[2]徐 飛，劉幸平，陳 軍，等.藥學(xué)專業(yè)中物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課件的制作及應(yīng)用[J].廣東化工，2010，37(11):178.

[3]馬愛青.淺談藥學(xué)專業(yè)《物理化學(xué)》教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)[J].廣東醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，29(1):116-117.

[4]彭 松，林 輝.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:中國(guó)中醫(yī)藥出版社，2010.

[5]吉卯祉，梁久來，黃家衛(wèi).有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)出版社，2009.

[6]鐘俊輝.加強(qiáng)基本功訓(xùn)練夯實(shí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)[J].右江民族醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，31(6):1087-1088.

[7]傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng).物理化學(xué)(第四版)[M].北京:高等教育出版社，2002.

G642.423

A

1006-2769(2012)02-0352-02

2011-12-15

2011年陜西省教育廳課題(11JK0689)

張 鑫(1978-)，女(漢族)，陜西咸陽(yáng)人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。