將綠色化學(xué)理念滲透到有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的幾點(diǎn)思考

張 鳳 羅 景 周 軍

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

綠色化學(xué)又稱(chēng) “環(huán)境友好化學(xué)”，是近十年才產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，是一個(gè) “新化學(xué)嬰兒”。它涉及有機(jī)合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科,內(nèi)容廣泛。綠色化學(xué)是指在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)有效利用(最好可再生)原料,消除廢物和避免使用有毒的和危險(xiǎn)的試劑和溶劑。綠色化學(xué)的最大特點(diǎn)是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，因而過(guò)程和終端均為零排放或零污染。世界上很多國(guó)家已把“化學(xué)的綠色化”作為新世紀(jì)化學(xué)進(jìn)展的主要方向之一。作為未來(lái)化工行業(yè)的主力軍——化學(xué)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生，更要樹(shù)立綠色環(huán)保的理念，因此，將綠色化學(xué)相關(guān)知識(shí)引入到大學(xué)化學(xué)教育中，是化學(xué)化工教育工作者義不容辭的責(zé)任。有機(jī)化學(xué)是高等院校化學(xué)和生物等專(zhuān)業(yè)的必修課，將綠色化學(xué)融于有機(jī)化學(xué)教學(xué)之中，使綠色化學(xué)成為有機(jī)化學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是當(dāng)前的一個(gè)重要研究課題[1～3]。

1有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)中綠色化學(xué)的滲透

理論教學(xué)時(shí)，教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，將有關(guān)綠色化學(xué)概念適時(shí)地介紹給學(xué)生。有機(jī)化學(xué)中很多內(nèi)容都與綠色化學(xué)有關(guān)，可事先把有關(guān)化學(xué)污染和綠色化學(xué)成功減少污染的圖片和短視頻等資料做成多媒體課件，教學(xué)過(guò)程中利用多媒體技術(shù)將其投影到銀幕上，這樣不但信息量大，而且形象生動(dòng)，使得學(xué)生能夠深刻地理解綠色化學(xué)，重視綠色化學(xué)，充分認(rèn)識(shí)到綠色化學(xué)給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)的諸多好處以及非綠色化學(xué)所帶來(lái)的污染等諸多弊端[4]。同時(shí)，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果。比如，在烴類(lèi)章節(jié)教學(xué)中，可以簡(jiǎn)單講述有關(guān)石油加工煉制過(guò)程及能源危機(jī)方面的知識(shí)，還可介紹白色污染。在介紹鹵代烴時(shí)，可從六氯環(huán)己烷(六六六)入手，補(bǔ)充介紹有機(jī)氯、有機(jī)磷等農(nóng)藥導(dǎo)致的環(huán)境污染。目前，它們正被植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等為代表的 “環(huán)境和諧型”生態(tài)農(nóng)藥及天然源生物農(nóng)藥所代替，這些新型農(nóng)藥具有高效、低毒、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。芳香烴教學(xué)中，在講多環(huán)芳烴時(shí)介紹目前已經(jīng)查出的400多種主要致癌物中，一半以上都屬于多環(huán)芳烴類(lèi)化合物，其中苯并芘是一種強(qiáng)致癌物。在介紹醚的合成和性質(zhì)時(shí)，補(bǔ)充介紹汽油無(wú)鉛化添加劑的研究成果，使學(xué)生了解最近發(fā)現(xiàn)混合醚如甲基叔戊基醚(MTBE)等可顯著提高汽油的辛烷值，同時(shí)基本消除鉛的環(huán)境污染。在醛酮類(lèi)化合物教學(xué)中，簡(jiǎn)要介紹甲醛對(duì)室內(nèi)空氣污染。

除了講授書(shū)本上的知識(shí)外，教師可在每個(gè)章節(jié)中融入綠色化學(xué)相關(guān)的最新研究動(dòng)態(tài)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)的同時(shí)能夠緊跟科技前沿，以豐富學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。如在講述旋光異構(gòu)時(shí)，可選擇高選擇性、高效的催化反應(yīng)這一符合綠色化學(xué)的基本要求的內(nèi)容深入講解。催化的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)是有機(jī)合成化學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿，也是有關(guān)手性藥物研究的主要興趣之一。2001年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了Knowles，Noyori和Sharpless三位化學(xué)家，以表彰他們?cè)诖呋粚?duì)稱(chēng)反應(yīng)的研究方面所取得的卓越成就。

2有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中綠色化學(xué)的滲透

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是有機(jī)化學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，培養(yǎng)綠色化學(xué)意識(shí)是高等學(xué)校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容[5,6]。在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，使用的試劑、溶劑、催化劑，以及生成的副產(chǎn)物、

排放的廢氣、產(chǎn)生的廢液等都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。特別是近年來(lái)．隨著高校招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，化學(xué)試劑的用量和實(shí)驗(yàn)室“三廢”的排放量也迅速增長(zhǎng)。因此。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)和低碳環(huán)保意識(shí)，應(yīng)將綠色化學(xué)理念傳遞給學(xué)生，使學(xué)生在潛移默化中受到綠色化學(xué)的教育．使他們意識(shí)到綠色化學(xué)對(duì)于人類(lèi)及其所賴(lài)以生存環(huán)境的綠色及可持續(xù)發(fā)展具有的重要性。

(1)試劑、溶劑、催化劑的綠色化

在做有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選擇無(wú)毒無(wú)害的試劑。對(duì)于毒性較大的試劑要少用或不用，一些使用大量有毒有害試劑的實(shí)驗(yàn)盡量用其他實(shí)驗(yàn)來(lái)代替。如合成尼龍，傳統(tǒng)的方法是用苯作為原料。苯毒性很大，在制備過(guò)程中還生成了有毒的苯酚中間體和氮氧化物廢氣。現(xiàn)在采用生物工程技術(shù)，從葡萄糖出發(fā)，用生物酶催化，高效地制得了尼龍的單體己二酸。該方法環(huán)境友好、技術(shù)成熟，成本也不高，是綠色化學(xué)的一個(gè)經(jīng)典范例催化劑。溶劑對(duì)環(huán)境的影響不容忽視。選擇環(huán)境友好的反應(yīng)溶劑是綠色化學(xué)也十分重要。目前超臨界流體，水，離子液體、無(wú)溶劑反應(yīng)等引起了人們的普遍關(guān)注。如離子液體對(duì)各類(lèi)化合物均很好的溶解性，沸點(diǎn)高，無(wú)味且不燃，易與產(chǎn)物分離，易回收，可循環(huán)使用。不僅如此，離子液體兼有極性和非極性有機(jī)溶劑的溶解性能，溶解在離子液體中的催化劑，同時(shí)具有均相和非均相催化劑的優(yōu)點(diǎn)。使用無(wú)毒的催化劑，既環(huán)保又能同樣滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)的要求。比如在乙酸乙酯合成實(shí)驗(yàn)中，采用濃硫酸為催化劑，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢酸，且中和時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多無(wú)機(jī)鹽“廢物”，造成環(huán)境污染。濃硫酸的腐蝕性及強(qiáng)氧化性也使得實(shí)驗(yàn)本身有一定的安全隱患。而采用無(wú)毒、無(wú)腐蝕性的催化劑如FeC13·6H2O代替濃硫酸作催化劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好，也無(wú)污染，符合綠色化學(xué)的要求。

(2)實(shí)驗(yàn)微型化

微型實(shí)驗(yàn)是指用微量化學(xué)試劑在微型反應(yīng)裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。近年來(lái)，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)引起化學(xué)教育界極大關(guān)注。1989年我國(guó)高等學(xué)?；瘜W(xué)教育研究中心把微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)課題列入科研計(jì)劃，由華東師范大學(xué)和杭州師范大學(xué)牽頭成立微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究課題組。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比，具有明顯的綠色環(huán)保、節(jié)約藥品和節(jié)省時(shí)間的特點(diǎn)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在教學(xué)中呈現(xiàn)出來(lái)，受到了廣大師生的歡迎。目前，國(guó)內(nèi)已有800余所大、中院校開(kāi)始采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)操作中，常讓學(xué)生將常規(guī)實(shí)驗(yàn)、微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，學(xué)生便能認(rèn)識(shí)到微型實(shí)驗(yàn)的重要性和必要性，有助于提高他們的實(shí)驗(yàn)熱情和技能。因此，開(kāi)展微型實(shí)驗(yàn)，符合有機(jī)實(shí)驗(yàn)改革和綠色化的要求。

(3)結(jié)合新實(shí)驗(yàn)技術(shù)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在保證教學(xué)目標(biāo)能順利完成的情況下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以組合優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如可將單個(gè)的合成實(shí)驗(yàn)組合成一個(gè)系列，即把前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物用作后一個(gè)反應(yīng)的原料，形成如環(huán)己醇一環(huán)己酮一己二酸的合成鏈，這樣既節(jié)省了時(shí)間和化學(xué)試劑，有助于學(xué)生對(duì)相關(guān)有機(jī)知識(shí)的理解和融會(huì)貫通，更為重要的是，提高了原子經(jīng)濟(jì)性及減少了有毒試劑對(duì)環(huán)境的污染，培養(yǎng)了學(xué)生綠色化的環(huán)保意識(shí)和厲行節(jié)約的意識(shí)。此外，將新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)如微波、超聲波、電化學(xué)等新技術(shù)引入有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅可減少能耗、加快反應(yīng)速度、提高產(chǎn)率，而且可大大減小對(duì)環(huán)境的污染。從而達(dá)到綠色化學(xué)的目標(biāo)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器易損壞、有機(jī)物本身有劇毒、藥品貴、裝置復(fù)雜、操作危險(xiǎn)性較大等問(wèn)題，計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)也為綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了新的途徑。通過(guò)多媒體生動(dòng)、形象、直觀的實(shí)驗(yàn)資源，可以開(kāi)闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察、創(chuàng)新思維能力。

3結(jié) 論

綠色化學(xué)是一門(mén)新興的交叉學(xué)科，它的發(fā)展對(duì)保持良好的環(huán)境，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。在有機(jī)化學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，滲透綠色化學(xué)理念開(kāi)闊了學(xué)生的視野，有助于增加學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力及學(xué)習(xí)興趣。總之， 開(kāi)展綠色化學(xué)教學(xué)符合可持續(xù)發(fā)展的需要，并將在建立節(jié)約型社會(huì)等方面，發(fā)揮巨大的作用。

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[5] 蔡衛(wèi)權(quán)，程蓓，張光旭，等．綠色化學(xué)原則在發(fā)展[J]．化學(xué)進(jìn)展，2009，2l(10)：2 001～2 008．

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