綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

晁華雯

（海南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，海南 ?？?571127）

綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

晁華雯

（海南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，海南 ?？?571127）

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的有機(jī)組成部分，開(kāi)展綠色有機(jī)化學(xué)教學(xué)可以有效減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，減少環(huán)境污染。合理開(kāi)展綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅可以促進(jìn)化學(xué)教學(xué)的發(fā)展，也能夠滿足當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的要求，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。所以，文章針對(duì)綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的策略進(jìn)行研究。

綠色；有機(jī)化學(xué)；途徑

0 引言

實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中占據(jù)重要地位，有機(jī)化學(xué)試驗(yàn)中運(yùn)用到許多化學(xué)試劑，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易產(chǎn)生廢渣、廢水和廢氣等污染物。所以，若要減少有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，就應(yīng)當(dāng)樹(shù)立綠色化學(xué)的理念。采用各種新技術(shù)、新方法。所謂的綠色化學(xué)主要是指通過(guò)應(yīng)用相關(guān)的方法與技術(shù)從源頭上消除、減少對(duì)社會(huì)安全、生態(tài)環(huán)境、人類健康有害的副產(chǎn)品、溶劑、產(chǎn)物、原料和催化劑的生成。在無(wú)毒無(wú)害條件下，采用無(wú)毒無(wú)害的原料生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護(hù)的化學(xué)品。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅有助于提升有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性，而且有助于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

1 實(shí)施綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性

綠色化學(xué)是一門從源頭上防止環(huán)境污染的化學(xué)，又被稱為環(huán)境友好化學(xué)、原子經(jīng)濟(jì)化學(xué)、無(wú)害化學(xué)、清潔化學(xué)。它的主要目的是改變現(xiàn)有的化工、化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)路線，從“先污染后治理”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬脑搭^上根除污染”。合理實(shí)施綠色化學(xué)有機(jī)實(shí)驗(yàn)有助于培養(yǎng)綠色化學(xué)化工人才，促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的前提與基礎(chǔ)，因此，只有實(shí)施綠色化學(xué)有機(jī)實(shí)驗(yàn)才能夠從源頭上減少有毒物質(zhì)排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。而實(shí)施綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅要求科研人員具有豐富的專業(yè)知識(shí)，而且要有強(qiáng)烈的環(huán)保責(zé)任意識(shí)。

2 綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施策略

2.1 建立綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)理念

教師在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)具備綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)理念，以身作則倡導(dǎo)綠色化學(xué)教育，積極了解和掌握相關(guān)的廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)自身的責(zé)任意識(shí)與環(huán)保意識(shí)，深入研究廢棄物處理，掌握實(shí)驗(yàn)室“三廢”治理與控制能力。此外，在化學(xué)教學(xué)中還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)查閱資料，進(jìn)而掌握相關(guān)試劑、實(shí)驗(yàn)藥品的毒理作用、防治措施、理化指數(shù)、污染機(jī)制等。同時(shí)，教師要在化學(xué)教學(xué)中適時(shí)引入綠色化學(xué)教育，將“環(huán)境激素”、“原子經(jīng)濟(jì)”、“12條綠色化學(xué)原則”等新概念引入課堂教學(xué)中，進(jìn)而促使學(xué)生以綠色化學(xué)為視角審視合成方法，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解最新的專業(yè)領(lǐng)域研究成果。

2.2 妥善處理“三廢”

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室污染嚴(yán)重，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中時(shí)常產(chǎn)生許多廢液、廢氣和廢渣等眾多污染物。這些污染物不僅不利于師生身體健康，而且污染環(huán)境。所以，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生掌握處理與排放“三廢”的方法，關(guān)注“三廢”的利用與回收，進(jìn)而促使學(xué)生在有機(jī)化學(xué)試驗(yàn)中自覺(jué)形成環(huán)保意識(shí)。在實(shí)驗(yàn)室要設(shè)立專門的廢渣桶、廢物通、廢液桶，督促學(xué)生按照分類進(jìn)行分別處理和收集。首先，要合理處理廢渣。固體有機(jī)化合物的制備主要是獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，而一些合成試驗(yàn)制備的固體產(chǎn)物則可以用于其他實(shí)驗(yàn)中，例如，乙酰苯胺可以作為硝基苯胺的原料，粗的苯甲酸能夠作為重結(jié)晶的原料。對(duì)于那些不能夠在其他實(shí)驗(yàn)中套用的副產(chǎn)物、產(chǎn)物，要進(jìn)行統(tǒng)一回收。其次，要合理處理廢氣。對(duì)那些反應(yīng)生成的氣體要應(yīng)用相關(guān)的吸收裝置及時(shí)回收。同時(shí)，還要在試驗(yàn)臺(tái)上安裝封閉式排風(fēng)裝置。再次，要合理處理廢液。和一些固體產(chǎn)物一樣，部分學(xué)生制備的液體產(chǎn)物也能夠運(yùn)用套用法。對(duì)那些有機(jī)溶劑則應(yīng)當(dāng)通過(guò)回收提純進(jìn)行再利用。而堿濃度較高的廢水、酸、重金屬離子則要統(tǒng)一回收處理。

2.3 充分利用實(shí)驗(yàn)資源

在傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)試驗(yàn)中，往往重視一類反應(yīng)原理、基本操作技能訓(xùn)練、一類化合物的操作訓(xùn)練。其合成物有的丟棄，有的則堆積在實(shí)驗(yàn)室成為廢物，這不僅造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，而且不利于環(huán)境保護(hù)。所以，必須采取相應(yīng)措施減少?gòu)U棄物，充分利用資源。促使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品能夠有效循環(huán)利用。教師可以參考一些綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，采用系列實(shí)驗(yàn)法，即在完成基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作后，在陸續(xù)開(kāi)展一些合成試驗(yàn)訓(xùn)練。這種系列實(shí)驗(yàn)法是在整合常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上逐漸形成的，它符合“減少污染，變廢為寶”的綠色化學(xué)理念?？梢砸罁?jù)實(shí)驗(yàn)要求與內(nèi)容將相關(guān)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。把若干個(gè)單一實(shí)驗(yàn)整合成一個(gè)系列實(shí)驗(yàn)，用前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的合成品作為之后實(shí)驗(yàn)的原料。比如苯胺→對(duì)氨基苯磺酸→甲基橙；肉桂酸→重結(jié)晶等。采用這種系列實(shí)驗(yàn)法一方面可以減少?gòu)U棄物，有效保護(hù)環(huán)境，另一方面還能夠節(jié)儉實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。此外，還可以增強(qiáng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的綠色實(shí)驗(yàn)意識(shí)。除此之外，還應(yīng)當(dāng)重視實(shí)驗(yàn)藥品的回收再利用，積極推廣合成試驗(yàn)連續(xù)化。這不僅符合“綠色化、節(jié)約化”的實(shí)驗(yàn)原則，最大限度地利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)資源，而且能夠有效解決有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物處理問(wèn)題。此外，還可以適時(shí)引入創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)、探索性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等板塊，提升學(xué)生的探索精神，培養(yǎng)他們?cè)诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中的積極主動(dòng)性。部分實(shí)驗(yàn)物質(zhì)雖然在原實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有很大的利用價(jià)值，但在其他實(shí)驗(yàn)中還能夠被利用。比如阿司匹林就可以制藥專業(yè)的原料。合成的甲基橙可以作為光降解研究的試劑。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中除了試劑，還有玻璃儀器也屬于易耗品。因此，應(yīng)當(dāng)及時(shí)修理一些損壞的儀器，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

2.4 積極開(kāi)展微量實(shí)驗(yàn)

微量試驗(yàn)不僅能夠減少“三廢”、保護(hù)環(huán)境，而且可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、節(jié)約試驗(yàn)成本、安全性較高、較少發(fā)聲玻璃儀器炸裂等危險(xiǎn)事故。符合綠色化學(xué)的理念。對(duì)那些不需要分離、加熱，以及顏色變化明顯的實(shí)驗(yàn)，可以在點(diǎn)滴板上進(jìn)行，這有助于減少試劑用量。例如可以改進(jìn)“三氯化鐵水溶液定性檢驗(yàn)乙酰水楊酸中水楊酸雜質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)，最大限度地減少環(huán)境污染。再如，對(duì)乙酸乙酯合成實(shí)驗(yàn)、乙酰水楊酸的制備實(shí)驗(yàn)都可以進(jìn)行微型化處理，減少10%～20%到五分之一的試劑用量，與此同時(shí)，還能夠有效縮短試驗(yàn)時(shí)間。這一方面可以減少原料試劑用量，另一方面又能夠滿足化學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，確保環(huán)保效益。

2.5 改進(jìn)試驗(yàn)方法

部分有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用天然氣作為熱源，這一方面容易產(chǎn)生二氧化碳造成溫室效應(yīng)，另一方面還易引起爆炸起火。目前，我國(guó)部分學(xué)校在有機(jī)化學(xué)試驗(yàn)中已經(jīng)開(kāi)始逐步采用超聲輻射與微波輻射加熱，這些綠色能源發(fā)展前景廣闊。微波合成是通過(guò)微波介電熱效應(yīng)將能量輸入化學(xué)反應(yīng)中。利用微波輻射代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法加熱可以增加反應(yīng)速度。當(dāng)前，這種加熱技術(shù)已經(jīng)在有機(jī)化學(xué)試驗(yàn)中加以運(yùn)用，逐漸成為高校便利的促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)方法。用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)加熱方法，不僅可以提高產(chǎn)品純度，而且更加節(jié)省時(shí)間。例如在合成肉桂酸時(shí)，傳統(tǒng)加熱方法是水蒸氣蒸餾1.5小時(shí)，制備反應(yīng)45分鐘，熔點(diǎn)為135～136℃，最終產(chǎn)率則為68%。而采用微波輻射加熱產(chǎn)品產(chǎn)率則為78%左右，制備反應(yīng)只需要10分鐘，水蒸氣蒸餾則需要20分鐘左右。此外，還可以在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中采用超聲有機(jī)合成法，它是指將有機(jī)反應(yīng)放置到超聲輻射下進(jìn)行。運(yùn)用超聲波的空化作用，可以避免溫度升到使熱敏物質(zhì)分解，同時(shí)還可以促進(jìn)反應(yīng)，具有操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)產(chǎn)率高、時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)條件。比如運(yùn)用傳統(tǒng)加熱方法合成混合醚需要幾個(gè)小時(shí)，而超聲合成則僅需45分鐘。利用這些綠色能源可以有效減少副反應(yīng)，降低能耗，縮短時(shí)間。

2.6 采用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和教學(xué)工具

當(dāng)前，超臨界液體、離子液體等綠色溶劑，以及抗體酶、微生物、酶等生物催化劑，光、超聲波、微波等在有機(jī)合成中被廣泛應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上形成了生物催化技術(shù)、超聲波技術(shù)、膜技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)、微波技術(shù)等一系列先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。這些技術(shù)可以有效減少能耗、加快反應(yīng)速度、減少污染、提高產(chǎn)率。此外，還可以在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)。針對(duì)那些造成嚴(yán)重污染，且目前無(wú)法進(jìn)行方法改良的實(shí)驗(yàn)，教師可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)觀看實(shí)驗(yàn)教學(xué)片，或模擬實(shí)驗(yàn)。采用這種教學(xué)技術(shù)可以生動(dòng)形象的展示相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)象，減少環(huán)境污染，并節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，有效延伸與拓展化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，符合綠色化學(xué)的理念。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，綠色化學(xué)是當(dāng)前化學(xué)教學(xué)的重要課題，有助于推動(dòng)化學(xué)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，也對(duì)化學(xué)研究者和教育者提出了更多新的挑戰(zhàn)。若要順應(yīng)當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代要求，就應(yīng)當(dāng)樹(shù)立綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理念，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)，采用各種新技術(shù)、新方法，減少有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境污染，并合理處理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的“三廢”物質(zhì)，促進(jìn)資源的循環(huán)利用。

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Green organic chemistry experiment

Chao Huawen
(School of chemistry and chemical engineering, Hainan Normal University, Haikou 571127, China)

Organic chemistry experiment is an organic part of chemistry teaching. Carrying out the teaching of green organic chemistry can effectively reduce the generation of waste and reduce the environmental pollution. Rationally carry out green organic chemistry experiment can not only promote the development of chemistry teaching, but also to meet the current environmental protection requirements. Promote sustainable economic development. Therefore, this paper aimed at green organic chemistry experiment strategy research.

green; organic chemistry; pathway

晁華雯（1996— ），女，漢族，青海海東人，本科在讀；研究方向：有機(jī)化學(xué)。