水相合成法在有機化學實驗教學中的探索與實踐

劉 超,王紅艷,王 聰,耿 濤

宿州學院化學化工學院,安徽宿州,234000

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水相合成法在有機化學實驗教學中的探索與實踐

劉 超,王紅艷,王 聰,耿 濤

宿州學院化學化工學院,安徽宿州,234000

結合有機化學實驗教學現(xiàn)狀及對水相合成法特點的分析，總結了水相合成法在有機化學實驗教學中的優(yōu)勢，探討將其應用于有機化學實驗教學的可行性。以水相合成N,N′-二對甲苯基乙二亞胺在有機實驗中的實際應用為例，說明將水相合成法應用于有機化學實驗教學具有一定的科學性和實際操作性，并可以有效地降低實驗教學成本、豐富教師的教學內容和模式、完善學生的知識結構和創(chuàng)新思維，在減少環(huán)境污染、促進綠色化學發(fā)展等方面都具有重要意義。

水相合成；有機化學；實驗教學；探索；實踐

有機化學實驗作為一門獨立的實踐教學課程，是化學和化工等專業(yè)的專業(yè)基礎課程之一，在培養(yǎng)學生實驗操作能力、分析問題和解決問題能力等方面起到非常重要的作用[1-2]。目前，各高校所用的有機化學實驗教材及開設的實驗項目相對固定，所采用的實驗合成技術也比較傳統(tǒng)和單一，這與當今高速發(fā)展的化學產(chǎn)業(yè)極不相稱，也很難適應現(xiàn)代教育發(fā)展所提倡的高素質和多技能的人才培養(yǎng)目標[3-4]。

水相合成法是近些年科研上較為常用的一種合成方法[5]，但目前在有機化學實驗教學上的應用卻較少見，將水相合成技術引入到有機化學實驗教學中來，可更好地適應教學發(fā)展和對學生實驗技能培養(yǎng)的需要。通過水相合成法在有機化學實驗中的運用，切實提高學生的實驗操作技能和專業(yè)知識水平，進而促進學生綠色化學理念的建立，更好地適應現(xiàn)代化學產(chǎn)業(yè)的需求。

1 水相合成法的特點

水相合成法以水為主要反應溶劑，是一種行之有效的有機合成方法，目前在化工生產(chǎn)和科學研究等方面有著重要應用，相對于傳統(tǒng)的合成技術，它具有自身獨特的優(yōu)勢和特點。

1.1 原料價廉易得

水是一種最為常見的溶劑，在自然界中廣泛存在。傳統(tǒng)有機合成技術所使用的溶劑大多為有機物質，均要經(jīng)過生產(chǎn)和提純等多道復雜工序，在人力和財力上需要有較大投入。蒸餾水、二次蒸餾水是水相合成法常用的反應溶劑，可通過普通的蒸餾水制備裝置隨時大量生產(chǎn)，價格低廉、極易獲取，在化學實驗等領域具有廣闊的應用前景。

1.2 技術簡單易實現(xiàn)

水相合成法適用范圍較廣，可以應用于多種有機反應，而且技術較為簡單，不需要繁瑣復雜的技術手段。選用水相合成法的標準主要考慮以下三個方面：反應物的溶解性、反應條件的控制和產(chǎn)物的分離提純。首先，反應物在水相中要有一定的溶解性，以利于反應分子之間的接觸和碰撞，促進反應的進行；其次，反應體系的溫度控制一般不超過水的沸點，不需要高溫高壓反應時所需要的精細設備和復雜要求；最后，多數(shù)有機產(chǎn)物在水相中難以溶解，可以根據(jù)這個特點，采用抽濾、傾倒母液等簡易方式加以提純。與傳統(tǒng)的合成技術相比，水相合成法操作簡單，更易實現(xiàn)。

1.3 對環(huán)境無污染

在傳統(tǒng)的有機合成中，醇類、苯類和醚類等有機溶劑被大量使用，這些有機物質的開發(fā)和生產(chǎn)過程會直接污染周邊環(huán)境，對水源、土壤和動植物等造成了極為嚴重的威脅，有些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)惡化到了令人觸目驚心的地步。水相合成法具有自身獨特的優(yōu)勢，不僅可以優(yōu)化反應路徑和合成效率，而且可以最大限度地解決由于溶劑使用而導致的環(huán)境污染問題，有效促進了化學產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

2 水相合成法在有機化學實驗應用中的優(yōu)越性

2.1 有利于學生環(huán)保意識的建立

目前，各類資源的過度開發(fā)、能源的浪費、有害化學物質的無序排放已導致生態(tài)環(huán)境惡化，而這些問題與化學產(chǎn)業(yè)直接或間接相關。面對這種現(xiàn)狀，提倡綠色化學、培養(yǎng)學生的環(huán)保意識已經(jīng)成為當今社會刻不容緩的任務。有機化學實驗是培養(yǎng)學生環(huán)保意識的有效平臺，可以在有機化學實驗課開設時增加水相合成方面的知識和內容，在實驗教學中向學生宣傳“綠色化學”觀念，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展理念。通過水相合成技術將綠色化學理念貫穿到整個實驗教學過程中，積極引導學生了解水相合成法的優(yōu)越性，培養(yǎng)學生綠色化學理念，進而加快學生環(huán)保意識和環(huán)保責任的建立，切實做到人與環(huán)境的和諧發(fā)展。

2.2 有利于學生知識結構的改善

目前，學生實驗最常用的是有機溶劑合成法，對這種方法學生已經(jīng)司空見慣，久而久之就會形成慣性思維，不利于新方法和新技能的開拓和掌握。在這種模式的長期熏陶下，學生的動手能力和實驗水平不會有大幅度的提高，知識結構和創(chuàng)新思維得不到全面改善。

在有機化學實驗教學計劃中適當增加水相合成方面的內容，將有效填補上述不足和欠缺，極大地豐富和完善學生的知識結構和體系。由于接觸到新知識和新技能，學生的學習熱情和動力會被充分調動起來，進而形成一種良性的互動關系，這對于改善學生知識結構和提高實驗水平也將發(fā)揮重要的作用。

2.3 有利于豐富教師的教學內容

現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，新技術新方法層出不窮，為適應現(xiàn)代化學教育的需要，有必要對有機化學實驗項目和內容進行更新和補充，進而豐富教師的實驗教學內容和方法。目前，各高校的有機實驗教材上很少有采用水相合成的實驗項目，教師的教學思路和手段比較單一，教學內容和方法得不到及時有效的拓展，學生很難充分學到實用的合成技術，最終造成實驗技術單一、學生動手能力不強、與現(xiàn)代化學教育脫節(jié)等不利現(xiàn)象。教師只有在實踐中不斷更新自己的教學理念，采用新方法和新技能，及時充實有機化學實驗教學內容和體系，才能切實提高實驗教學效果和學生學習質量。

2.4 有利于節(jié)省實驗教學成本

化學試劑種類多和用量大是有機化學實驗的典型特點，作為易耗品的化學試劑具有消耗性和低回收性等特點，在使用過程中會產(chǎn)生不菲的教學成本。因此，在制定教學計劃之初，需要對實驗項目進行優(yōu)化和選擇，將教學效果好且符合教學大綱要求的實驗項目安排到教學計劃中。除此之外，還需要對實驗技術進行改革和完善，將用量大、成本高的試劑替換為價廉易得的溶劑，將實驗教學成本降低下來。水相合成法采用廉價的水作為溶劑，原料來源廣泛、價格低廉，可以在保證教學效果的同時有效降低教學成本。水相合成實驗所節(jié)省的經(jīng)費雖對整個學校的實驗經(jīng)費支出影響不大，但把成本節(jié)約意識推廣到其他各類實驗教學中去，滲入到教學和管理的各個環(huán)節(jié)，做到精打細算、科學使用和開源節(jié)流，學校實驗經(jīng)費的使用將會更加科學化和規(guī)范化。

3 水相合成法用于有機化學實驗的可行性

與無水無氧技術、微波技術和無溶劑技術等不同，水相合成技術不需要昂貴的實驗設備和復雜的實驗條件，只需要在常規(guī)有機化學實驗室中即可進行，儀器設備可采用有機實驗室中廣泛使用的磨口玻璃儀器和磁力加熱設備。目前，各高校都加大了對基礎實驗室的建設和支持力度，實驗室的軟硬件資源得到了有效的充實和補充，實驗條件獲得了實質性的改善，有效彌補了以往實驗場所和設備不足的缺陷，從而為在有機化學實驗教學中開設水相合成實驗提供了方便之門。

現(xiàn)在所采用的有機化學實驗教材中，合成類實驗基本上都是在有機反應體系中進行，有關水相合成的實驗實例非常稀少，這為在本科教學階段增設水相合成實驗提供了機遇和平臺。各高校可以充分利用自身資源和教學研究成果，組織相關教師自行編寫有機化學實驗教材或講義，選用幾個典型的水相合成實驗充實有機實驗教學體系，豐富有機化學實驗教材的內容。

課堂教學上，教師可以通過教學方法和手段的綜合運用，針對具體事例進行講解，使學生在了解傳統(tǒng)合成技術的同時，深刻領悟水相合成法的優(yōu)勢和特點；另外，教師可以將水相合成法與傳統(tǒng)合成方法進行比較，使授課內容更加豐富，教學手段更加多樣。在此背景下，學生的思路和領悟能力將逐漸得到展開，在潛移默化中提升自己的接受能力和理解力，達到事半功倍的效果。

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.04.036

2014-12-18

安徽省教育廳專業(yè)綜合改革試點項目“應用化學專業(yè)綜合改革試點”(2014zy073)；安徽省教育廳校企合作實踐教育基地項目“師范生培育綜合實踐教育基地”(2013sjjd028)；安徽省教育廳教研項目“‘工程教育背景’下，化學工程與工藝本科專業(yè)實踐教學中的問題與對策”(2012jyxm546)；安徽省教育廳教研項目“產(chǎn)學研一體化模式下應用型本科高?；瘜W化工類專業(yè)實踐教學體系的構建”(2014jyxm383)；宿州學院教研項目“應用能力培養(yǎng)為導向的應用化學專業(yè)實驗教學改革與實踐”(szxyjyxm201225)。

劉超(1977-)，安徽懷寧人，碩士，講師，主要研究方向：有機合成和金屬有機化學。

G642.0

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1673-2006(2015)04-0125-03