民族院校中有機化學教學綠色化模式的改革與實踐

陳玉,羅冬冬,李云

摘要：《有機化學》和《有機化學實驗》是我校多個理科學院多個本科專業(yè)的基礎必修課，綠色化學作為有機化學的一項重要的研究內容，應該體現(xiàn)在其教學內容和課程體系改革中。結合本校實際，對基礎有機化學理論和實驗綠色化模式進行了改革和思考。

關鍵詞：綠色化學；有機化學；有機化學實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）13-0049-03

我校是少數(shù)民族高等院校，絕大部分學生來自于偏遠少數(shù)民族地區(qū)，為少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟、文化、教育、科技的可持續(xù)性發(fā)展培養(yǎng)優(yōu)秀人才是學校的光榮使命。進入21世紀后，高等教育的培養(yǎng)目標已不再是單純的專業(yè)技術人才，而是要有高度的社會責任感、優(yōu)秀的專業(yè)技術素質、較高的環(huán)境意識、能把問題放在社會環(huán)境中綜合考慮的高素質人才?！队袡C化學》和《有機化學實驗》是我校化學與材料科學學院、生科院和藥學院三個學院多個本科專業(yè)的基礎必修課，其重要性毋庸置疑。有機化學理論知識的系統(tǒng)掌握和有機實驗技能的提高將為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定基礎，綠色化學教育作為有機化學的一項重要的研究內容，應該體現(xiàn)在它的教學內容和課程體系改革中。用綠色化模式對傳統(tǒng)有機化學教學進行改革，在教學中滲透綠色化學思想既能提高有機化學教學效果，也有利于激發(fā)學生的學習興趣培養(yǎng)其創(chuàng)造力，增強他們的環(huán)保意識，使他們畢業(yè)后能更好地為民族地區(qū)的發(fā)展服務。我們有機教研室近年來承擔了本校三院多個專業(yè)的所有有機化學及實驗的教學工作，在教學實踐中結合學生自身特點和各個專業(yè)需要，對傳統(tǒng)有機化學進行綠色化模式的改革，取得了良好的教學效果。

一、有機理論教學內容綠色化模式的探討

把綠色化學的理念貫穿于有機化學教學中，教學內容體現(xiàn)了綠色化學的新內容和新成果。教師在理論教學和實驗教學等方面，讓學生了解綠色化學，樹立起綠色意識。有機化學的教學要盡可能地反映時代發(fā)展的特色，進入21世紀后為保護人類生存環(huán)境的需要，綠色化學技術已成為當前有機化學的熱點和前沿之一，其研究內容涉及再生的原料、溶劑、催化劑、試劑、設計安全的化學品及綠色合成方法等，因此在有機化學理論教學過程中有必要結合講授內容適時地增加環(huán)境保護、綠色化學方面的知識以適應新世紀的要求。針對近年來基礎有機化學教學學時縮短的背景（如我校化學專業(yè)有機化學從108學時縮短至96學時，有機實驗從72學時縮短至60學時），在有機化學理論課的教學中全方位多視角地講授綠色化學已不太現(xiàn)實，我們的策略是在滿足有機化學教學的基本前提下，將綠色化學的內容有機地融入到傳統(tǒng)的教學內容中，涉及綠色化學方面知識及時地進行適當?shù)闹R更新和思維的拓展，教學時間比較靈活，多則5～8分鐘，少則2分鐘，不會對原本緊張的教學時間造成沖擊，還能使課程內容豐富具有活力[1]。我校化學專業(yè)有機化學所用教材是胡宏紋院士編寫的《有機化學》（第三版），我們在講到鹵代烷時會引出制冷劑氟里昂在光照條件下會破壞大氣層中的臭氧平衡的實例，如果失去臭氧層的保護，照射到地面的太陽光紫外線增強，其中波長為240～329納米的紫外線對生物細胞具有很強的殺傷作用，對生物圈中的生態(tài)系統(tǒng)和各種生物，包括人類，都會產(chǎn)生不利的影響，因此生成綠色環(huán)保的制冷劑是勢在必行的。在講解Diels-Alder反應的特點時，讓學生了解到該反應不僅產(chǎn)率高，而且其原子利用率達到了100%，無廢棄物生成，符合綠色化學的要求是合成環(huán)狀化合物的重要方法之一，進一步引申除了D-A等加成反應外，重排反應的原子利用率也能達到了100%，另外取代反應、消除反應也是符合原子經(jīng)濟性原則的有機反應。在芳烴的講授中我們會告誡學生汽車的尾氣及香煙燃燒的煙霧中都含有致癌作用的稠環(huán)芳烴苯并芘，含多鹵代芳烴的農(nóng)藥，除草劑在自然環(huán)境中難降解，毒性大，長期使用會對環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生不可逆轉的影響，倡導學生選擇綠色生活方式，樹立綠色環(huán)境意識，做到人與自然和諧共處。由于綠色化學的內容包含化學及其相關學科先進的思想理念和新穎的科技成果，教師通過這種在恰當?shù)闹R點中滲透綠色化學的模式，有利于調動學生學習有機化學的興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。

二、有機實驗綠色化模式的探討

有機化學實驗教學對學生科學思維、動手能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)起著重要作用，但大部分有機實驗都會產(chǎn)生污染，這些污染主要是實驗過程中產(chǎn)生的一些有臭味有毒或有腐蝕性的副產(chǎn)物、反應中需要使用的部分有毒的試劑和溶劑、反應結束后對產(chǎn)物進行后處理時產(chǎn)生的污染物等。對這些污染物處理不當，常常會使有機實驗室甚至整層樓中充滿了有刺激性氣味的有毒性氣體，毒害師生的健康，污染環(huán)境，這就要求教師在實驗教學中既要科學、直觀地展示實驗所要達到的目的，又要盡量減少實驗過程中有毒試劑的用量，提高試劑的利用效率，減少對環(huán)境的污染[2，3]。針對這些問題，筆者所在教學團隊在結合本校實際情況對有機實驗的綠色化模式進行了一些有益的探索和實踐，取得了良好的效果，現(xiàn)將這些探索和實踐總結如下。

1.有機實驗教材建設綠色化。有機實驗要體現(xiàn)基礎與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的有機結合；改造傳統(tǒng)的實驗教學內容和實驗技術方法，加強綜合性、設計性與創(chuàng)新性實驗，為了使學生在接受部分綠色化學理論的同時掌握綠色化學實驗操作技能，培養(yǎng)綠色化學情感，2010年羅冬冬老師主編的《有機化學實驗》化學工業(yè)出版社正式出版并選做為我校三個學院多個專業(yè)的實驗教材。教材自始至終貫穿著綠色化學的理念，精心選擇實驗內容，優(yōu)選實驗項目，刪去部分對師生健康影響大、對環(huán)境毒害大、對有機實驗基本操作訓練作用較小的制備實驗，對一些污染大的合成制備實驗選擇以水或離子性溶液等可重復再生型的溶劑進行制備，引入微波輔助加熱等新技術或新的合成路線，教材采用微量及半微量實驗，新型的微量及半微量實驗試劑的用量比傳統(tǒng)的有機實驗的試劑用量減半甚至更多，這樣在保障實驗教學效果的前提下，不僅可以節(jié)約實驗用的試劑、降低實驗經(jīng)費、縮短實驗所需的反應時間，還減少了污染物質的排放，更加降低了治理污染的難度。實驗內容豐富且綠色化，實驗內容不僅包含傳統(tǒng)的有機合成實驗，也有部分天然產(chǎn)物的提取和分離實驗[4]。

2.實驗規(guī)劃綠色化。我們在學生單人單組進行有機實驗，保證實驗教學質量的基礎上，對有機實驗整體規(guī)劃，在積極開展微量或半微量實驗教學的同時，合理規(guī)劃有機實驗順序，盡量做到從簡單合成向系列化多步合成過渡，使合成產(chǎn)物循環(huán)使用，實現(xiàn)零排放。例如我們在第一學期的合成實驗中合成的苯甲酸乙酯經(jīng)無水處理后可以作為原料用于下學期的三苯基甲醇的合成實驗中，高年級學生合成的產(chǎn)物乙酰苯胺可以作為低年級學生練習重結晶操作的原料，正溴丁烷作為烷基化試劑用于化學綜合實驗中。

3.實驗過程綠色化。反應條件如反應溫度、試劑、溶劑或某些反應中帶水劑的選擇是實驗過程是否達到綠色化的關鍵之一。如在正溴丁烷的合成實驗中回流時溫度過高會使正丁醇炭化，正溴丁烷產(chǎn)率降低，還會增加污染環(huán)境的酸性尾氣二氧化硫，單質溴和溴化氫的生成，需要學生通過調節(jié)電壓控制回流速度以1～2滴/秒，以避免產(chǎn)生大量酸性尾氣；反應結束后還要冷卻5～10分鐘后才能關掉冷凝水管拆去尾氣吸收裝置。在國內大多數(shù)有機實驗教材中環(huán)己酮的制備是通過重鉻酸鉀的硫酸溶液氧化環(huán)己醇而得，這種方法中硫酸用量較大，生成的鉻離子污染環(huán)境，后處理煩瑣，蘇州大學郭曉稚等報道了用綠色氧化劑H2O2代替鉻酸制備環(huán)己酮的方法[5]；苯甲酸乙酯的合成中使用的帶水劑是苯，由于苯的毒性較大，有文獻[6]報道了其合成的改進方法用環(huán)己烷代替致癌帶水劑苯，可以采用對比實驗教學法分別用鉻酸、苯等傳統(tǒng)氧化劑、帶水劑和H2O2、環(huán)己烷等綠色試劑來合成環(huán)己酮和苯甲酸乙酯，使學生在實驗過程中能直觀感受到這些方法的本質區(qū)別，通過相互交流，加強對綠色化學理念的理解。實驗過程綠色化的另一個重要方面是對實驗廢棄物的妥善處理，有機化學實驗中的廢棄物主要是實驗過程中產(chǎn)生的一些有臭味有毒或有腐蝕性的副產(chǎn)物、反應結束后對產(chǎn)物進行后處理時產(chǎn)生的污染物等，我們的方法是學生能自己處理的廢棄物就讓其自行處理后排放，不能自己處理的就收集與表明成分的廢液桶中集中處理，如在正溴丁烷的制備中吸收尾氣的氫氧化鈉溶液就可以中和洗滌正溴丁烷中雜質的濃硫酸。有機溶劑如苯、乙醚、乙醇等則分別回收到指定容器中，經(jīng)重新蒸餾純化后可重新使用，這樣既可以培養(yǎng)學生綠色化學思想，還可以節(jié)約資源，減少化學品的排放。

綠色化學的基本思想是利用一系列原理來降低或消除化工產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)及應用中有害物質的使用和產(chǎn)生的科學。綠色化學理念體現(xiàn)了現(xiàn)代化學理論與社會的相互聯(lián)系，從綠色化學的角度審視傳統(tǒng)的有機理論和實驗教學，給基礎有機化學教學改革，更新教師的知識結構來提高有機化學教學效果提供了切入點。我們要用節(jié)約能源和防治污染的觀點去重新審視和改革傳統(tǒng)的有機化學理論和實驗教學，把綠色化學和原子經(jīng)濟反應的理念引入到有機化學理論和實驗教學中，改變傳統(tǒng)的教學和實踐脫節(jié)的困境，培養(yǎng)學生愛護資源保護環(huán)境的意識，最終從源頭上解決環(huán)境與生態(tài)的困境，可以達到提高有機化學理論和實驗教學的質量的目的，為經(jīng)濟相對落后的民族地區(qū)輸送德才兼?zhèn)涞母咚刭|人才，為少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展做貢獻。

參考文獻：

[1]李汝雄，王建基，胡應喜.化學的綠色化[J].化工高等教育，2002，（4）：37-39.

[2]王敏，宋志國，王秀麗，等.綠色化學理念與實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010：4.

[3]任玉杰.綠色有機化學實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007：4.

[4]羅冬冬.有機化學實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011：11.

[5]郭曉稚，陸新華，姜文清，等.環(huán)己酮合成實驗的改進[J].大學化學，2011，26（6）：60-63.

[6]汪云松，李霽良，何嚴萍，等.合成苯甲酸乙酯的改進方法[J].大學化學，2010，25（2）：36-38.

基金項目：2012年湖北省高等學校省級教學研究項目（JYS12009）；中南民族大學國家級民族藥學實驗教學中心資助。

作者簡介：陳玉（1970-），女，湖北建始人，博士，副教授，主要從事有機化學教學與研究。

2.實驗規(guī)劃綠色化。我們在學生單人單組進行有機實驗，保證實驗教學質量的基礎上，對有機實驗整體規(guī)劃，在積極開展微量或半微量實驗教學的同時，合理規(guī)劃有機實驗順序，盡量做到從簡單合成向系列化多步合成過渡，使合成產(chǎn)物循環(huán)使用，實現(xiàn)零排放。例如我們在第一學期的合成實驗中合成的苯甲酸乙酯經(jīng)無水處理后可以作為原料用于下學期的三苯基甲醇的合成實驗中，高年級學生合成的產(chǎn)物乙酰苯胺可以作為低年級學生練習重結晶操作的原料，正溴丁烷作為烷基化試劑用于化學綜合實驗中。

3.實驗過程綠色化。反應條件如反應溫度、試劑、溶劑或某些反應中帶水劑的選擇是實驗過程是否達到綠色化的關鍵之一。如在正溴丁烷的合成實驗中回流時溫度過高會使正丁醇炭化，正溴丁烷產(chǎn)率降低，還會增加污染環(huán)境的酸性尾氣二氧化硫，單質溴和溴化氫的生成，需要學生通過調節(jié)電壓控制回流速度以1～2滴/秒，以避免產(chǎn)生大量酸性尾氣；反應結束后還要冷卻5～10分鐘后才能關掉冷凝水管拆去尾氣吸收裝置。在國內大多數(shù)有機實驗教材中環(huán)己酮的制備是通過重鉻酸鉀的硫酸溶液氧化環(huán)己醇而得，這種方法中硫酸用量較大，生成的鉻離子污染環(huán)境，后處理煩瑣，蘇州大學郭曉稚等報道了用綠色氧化劑H2O2代替鉻酸制備環(huán)己酮的方法[5]；苯甲酸乙酯的合成中使用的帶水劑是苯，由于苯的毒性較大，有文獻[6]報道了其合成的改進方法用環(huán)己烷代替致癌帶水劑苯，可以采用對比實驗教學法分別用鉻酸、苯等傳統(tǒng)氧化劑、帶水劑和H2O2、環(huán)己烷等綠色試劑來合成環(huán)己酮和苯甲酸乙酯，使學生在實驗過程中能直觀感受到這些方法的本質區(qū)別，通過相互交流，加強對綠色化學理念的理解。實驗過程綠色化的另一個重要方面是對實驗廢棄物的妥善處理，有機化學實驗中的廢棄物主要是實驗過程中產(chǎn)生的一些有臭味有毒或有腐蝕性的副產(chǎn)物、反應結束后對產(chǎn)物進行后處理時產(chǎn)生的污染物等，我們的方法是學生能自己處理的廢棄物就讓其自行處理后排放，不能自己處理的就收集與表明成分的廢液桶中集中處理，如在正溴丁烷的制備中吸收尾氣的氫氧化鈉溶液就可以中和洗滌正溴丁烷中雜質的濃硫酸。有機溶劑如苯、乙醚、乙醇等則分別回收到指定容器中，經(jīng)重新蒸餾純化后可重新使用，這樣既可以培養(yǎng)學生綠色化學思想，還可以節(jié)約資源，減少化學品的排放。

綠色化學的基本思想是利用一系列原理來降低或消除化工產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)及應用中有害物質的使用和產(chǎn)生的科學。綠色化學理念體現(xiàn)了現(xiàn)代化學理論與社會的相互聯(lián)系，從綠色化學的角度審視傳統(tǒng)的有機理論和實驗教學，給基礎有機化學教學改革，更新教師的知識結構來提高有機化學教學效果提供了切入點。我們要用節(jié)約能源和防治污染的觀點去重新審視和改革傳統(tǒng)的有機化學理論和實驗教學，把綠色化學和原子經(jīng)濟反應的理念引入到有機化學理論和實驗教學中，改變傳統(tǒng)的教學和實踐脫節(jié)的困境，培養(yǎng)學生愛護資源保護環(huán)境的意識，最終從源頭上解決環(huán)境與生態(tài)的困境，可以達到提高有機化學理論和實驗教學的質量的目的，為經(jīng)濟相對落后的民族地區(qū)輸送德才兼?zhèn)涞母咚刭|人才，為少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展做貢獻。

參考文獻：

[1]李汝雄，王建基，胡應喜.化學的綠色化[J].化工高等教育，2002，（4）：37-39.

[2]王敏，宋志國，王秀麗，等.綠色化學理念與實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010：4.

[3]任玉杰.綠色有機化學實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007：4.

[4]羅冬冬.有機化學實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011：11.

[5]郭曉稚，陸新華，姜文清，等.環(huán)己酮合成實驗的改進[J].大學化學，2011，26（6）：60-63.

[6]汪云松，李霽良，何嚴萍，等.合成苯甲酸乙酯的改進方法[J].大學化學，2010，25（2）：36-38.

基金項目：2012年湖北省高等學校省級教學研究項目（JYS12009）；中南民族大學國家級民族藥學實驗教學中心資助。

作者簡介：陳玉（1970-），女，湖北建始人，博士，副教授，主要從事有機化學教學與研究。

2.實驗規(guī)劃綠色化。我們在學生單人單組進行有機實驗，保證實驗教學質量的基礎上，對有機實驗整體規(guī)劃，在積極開展微量或半微量實驗教學的同時，合理規(guī)劃有機實驗順序，盡量做到從簡單合成向系列化多步合成過渡，使合成產(chǎn)物循環(huán)使用，實現(xiàn)零排放。例如我們在第一學期的合成實驗中合成的苯甲酸乙酯經(jīng)無水處理后可以作為原料用于下學期的三苯基甲醇的合成實驗中，高年級學生合成的產(chǎn)物乙酰苯胺可以作為低年級學生練習重結晶操作的原料，正溴丁烷作為烷基化試劑用于化學綜合實驗中。

3.實驗過程綠色化。反應條件如反應溫度、試劑、溶劑或某些反應中帶水劑的選擇是實驗過程是否達到綠色化的關鍵之一。如在正溴丁烷的合成實驗中回流時溫度過高會使正丁醇炭化，正溴丁烷產(chǎn)率降低，還會增加污染環(huán)境的酸性尾氣二氧化硫，單質溴和溴化氫的生成，需要學生通過調節(jié)電壓控制回流速度以1～2滴/秒，以避免產(chǎn)生大量酸性尾氣；反應結束后還要冷卻5～10分鐘后才能關掉冷凝水管拆去尾氣吸收裝置。在國內大多數(shù)有機實驗教材中環(huán)己酮的制備是通過重鉻酸鉀的硫酸溶液氧化環(huán)己醇而得，這種方法中硫酸用量較大，生成的鉻離子污染環(huán)境，后處理煩瑣，蘇州大學郭曉稚等報道了用綠色氧化劑H2O2代替鉻酸制備環(huán)己酮的方法[5]；苯甲酸乙酯的合成中使用的帶水劑是苯，由于苯的毒性較大，有文獻[6]報道了其合成的改進方法用環(huán)己烷代替致癌帶水劑苯，可以采用對比實驗教學法分別用鉻酸、苯等傳統(tǒng)氧化劑、帶水劑和H2O2、環(huán)己烷等綠色試劑來合成環(huán)己酮和苯甲酸乙酯，使學生在實驗過程中能直觀感受到這些方法的本質區(qū)別，通過相互交流，加強對綠色化學理念的理解。實驗過程綠色化的另一個重要方面是對實驗廢棄物的妥善處理，有機化學實驗中的廢棄物主要是實驗過程中產(chǎn)生的一些有臭味有毒或有腐蝕性的副產(chǎn)物、反應結束后對產(chǎn)物進行后處理時產(chǎn)生的污染物等，我們的方法是學生能自己處理的廢棄物就讓其自行處理后排放，不能自己處理的就收集與表明成分的廢液桶中集中處理，如在正溴丁烷的制備中吸收尾氣的氫氧化鈉溶液就可以中和洗滌正溴丁烷中雜質的濃硫酸。有機溶劑如苯、乙醚、乙醇等則分別回收到指定容器中，經(jīng)重新蒸餾純化后可重新使用，這樣既可以培養(yǎng)學生綠色化學思想，還可以節(jié)約資源，減少化學品的排放。

綠色化學的基本思想是利用一系列原理來降低或消除化工產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)及應用中有害物質的使用和產(chǎn)生的科學。綠色化學理念體現(xiàn)了現(xiàn)代化學理論與社會的相互聯(lián)系，從綠色化學的角度審視傳統(tǒng)的有機理論和實驗教學，給基礎有機化學教學改革，更新教師的知識結構來提高有機化學教學效果提供了切入點。我們要用節(jié)約能源和防治污染的觀點去重新審視和改革傳統(tǒng)的有機化學理論和實驗教學，把綠色化學和原子經(jīng)濟反應的理念引入到有機化學理論和實驗教學中，改變傳統(tǒng)的教學和實踐脫節(jié)的困境，培養(yǎng)學生愛護資源保護環(huán)境的意識，最終從源頭上解決環(huán)境與生態(tài)的困境，可以達到提高有機化學理論和實驗教學的質量的目的，為經(jīng)濟相對落后的民族地區(qū)輸送德才兼?zhèn)涞母咚刭|人才，為少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展做貢獻。

參考文獻：

[1]李汝雄，王建基，胡應喜.化學的綠色化[J].化工高等教育，2002，（4）：37-39.

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[3]任玉杰.綠色有機化學實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007：4.

[4]羅冬冬.有機化學實驗[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011：11.

[5]郭曉稚，陸新華，姜文清，等.環(huán)己酮合成實驗的改進[J].大學化學，2011，26（6）：60-63.

[6]汪云松，李霽良，何嚴萍，等.合成苯甲酸乙酯的改進方法[J].大學化學，2010，25（2）：36-38.

基金項目：2012年湖北省高等學校省級教學研究項目（JYS12009）；中南民族大學國家級民族藥學實驗教學中心資助。

作者簡介：陳玉（1970-），女，湖北建始人，博士，副教授，主要從事有機化學教學與研究。