高職院校有機(jī)化學(xué)課程的綠色化建設(shè)研究

吳海霞　圖力古日

摘 要：綠色化學(xué)已成為當(dāng)今化學(xué)研究、化學(xué)教育的重要發(fā)展趨勢(shì)。我國高職院?；瘜W(xué)教育還未充分重視綠色化學(xué)教育，綠色化學(xué)教育基本處于摸索階段。有機(jī)化學(xué)是整個(gè)化學(xué)教育的基礎(chǔ)課程之一，并且與各種環(huán)境污染、食品安全、藥品安全密切相關(guān)，對(duì)有機(jī)化學(xué)課程的綠色化建設(shè)，是高職化學(xué)教育綠色化建設(shè)的重中之重，對(duì)其他分支領(lǐng)域也具有重要的示范作用。

關(guān)鍵詞：高職院校；綠色化學(xué)；有機(jī)化學(xué)；綠色化

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2017）05B-0055-02

綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)，是在全球面臨嚴(yán)峻的環(huán)境危機(jī)下，于上世紀(jì)90年代誕生的化學(xué)研究新興領(lǐng)域，其核心內(nèi)涵是從源頭上杜絕或減少化學(xué)對(duì)環(huán)境的污染和危害。

綠色化學(xué)的發(fā)展需要化學(xué)研究、化工生產(chǎn)、化學(xué)教育等多個(gè)領(lǐng)域的共同發(fā)展、相互協(xié)作。高職院校畢業(yè)生是生產(chǎn)第一線的主力軍，只有具備較強(qiáng)的綠色化學(xué)意識(shí)、綠色化學(xué)技術(shù)才能夠更好地維護(hù)生產(chǎn)安全、產(chǎn)品安全、生態(tài)安全等。但是目前的很多高職院校還未足夠重視綠色化學(xué)教育，綠色化學(xué)教育基本處于摸索階段。

綠色化學(xué)起源于有機(jī)化學(xué)，有機(jī)化學(xué)是高職院校化工專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)理論必修課，有機(jī)化學(xué)課程的綠色化建設(shè)，將從化學(xué)基礎(chǔ)理念、基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)操作等多個(gè)方面影響廣大學(xué)生。

一、有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)理念、教學(xué)目標(biāo)的綠色化

綠色理念已成為當(dāng)今各個(gè)國家社會(huì)發(fā)展的核心理念，也是多個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域不可缺少的思想維度。高職院校培養(yǎng)的人才也應(yīng)該具備這些社會(huì)發(fā)展所需的素養(yǎng)，應(yīng)該掌握這些科學(xué)技術(shù)所展現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。

在有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)中，有意識(shí)地將綠色化學(xué)的理念傳遞給廣大高職學(xué)生，讓學(xué)生意識(shí)到綠色化學(xué)對(duì)于人類及其對(duì)環(huán)境的重要性，并用綠色、環(huán)保的科學(xué)技術(shù)“武裝”學(xué)生的頭腦。

教學(xué)目標(biāo)也是課程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。首先，教學(xué)應(yīng)該包括近期目標(biāo)和長期目標(biāo)。其中，近期目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的綠色知識(shí)或技能，而長期目標(biāo)是為了社會(huì)生產(chǎn)的綠色化，甚至整個(gè)社會(huì)體系的綠色化。因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的綠色化最終將轉(zhuǎn)變?yōu)槿瞬胖R(shí)或創(chuàng)新的綠色化，人才知識(shí)或創(chuàng)新的綠色化最終將轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)或生產(chǎn)的綠色化，只有這樣才能保障整個(gè)社會(huì)發(fā)展的可持續(xù)性。其次，教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該包括思想、知識(shí)、操作等多個(gè)層次。其中，思想目標(biāo)更多涉及課程理念方面，知識(shí)目標(biāo)更多涉及課程理論教學(xué)方面，操作目標(biāo)更多涉及課程實(shí)踐教學(xué)方面，在實(shí)際教學(xué)中這三個(gè)層次的內(nèi)容往往相互融合在一起。

二、有機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的綠色化

（一）理論教學(xué)內(nèi)容的綠色化

有機(jī)化學(xué)課程的每一章內(nèi)容幾乎都與綠色化學(xué)密切相關(guān)。所以在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，教師應(yīng)該整體性地灌輸綠色化學(xué)理念，對(duì)涉及綠色化學(xué)知識(shí)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹R(shí)更新與拓展，突出綠色化學(xué)的新思維，逐步培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)。

表1 有機(jī)化學(xué)課程主要內(nèi)容的綠色化（以芳烴為例）

知識(shí)點(diǎn) 與綠色化學(xué)的結(jié)合點(diǎn) 綠色化理念的融入

硝化反應(yīng) 傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)使用硝酸和硫酸混酸為硝化劑，這種過程對(duì)環(huán)境的污染大，屬淘汰工藝 目前已開發(fā)出利用脫鋁絲光沸石由苯和65%的硝酸進(jìn)行氣相催化硝化的新工藝。這種工藝不僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝的環(huán)境友好化，而且硝化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)可控。

傅-

克反應(yīng)

磺化反應(yīng) 占位效應(yīng) 磺酸基的占位效應(yīng)，改變、縮短有機(jī)合成路線，符合綠色化學(xué)理念。

傳統(tǒng)苯烷基化制乙苯和異丙苯用三氯化鋁作催化劑。三氯化鋁本身具有較強(qiáng)的腐蝕性，反應(yīng)時(shí)需要加入腐蝕性更強(qiáng)的鹽酸作助劑，反應(yīng)后，需要大量的氫氧化鈉中和廢酸，使生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量的廢酸、廢渣、廢水和廢氣。 分子篩催化劑

苯的

加成反應(yīng) 六六六殺蟲劑污染環(huán)境、對(duì)人體有害 綠色農(nóng)藥

定位規(guī)律 合成路線的選擇 綠色合成路線

稠環(huán)

化合物 生物調(diào)節(jié)劑 綠色農(nóng)藥

苯及

多環(huán)芳烴 苯及多環(huán)芳烴致癌 用生物原料替代

（二）實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的綠色化

與無機(jī)、分析化學(xué)等實(shí)驗(yàn)相比，有機(jī)試劑沸點(diǎn)較低，當(dāng)濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)遇明火就會(huì)發(fā)生爆炸，而且會(huì)產(chǎn)生更多的廢氣、廢液、廢渣等，這對(duì)人體和環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的危害。一些重要實(shí)驗(yàn)的綠色化見表2。

教學(xué)過程中，在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下還可以采用微量法，如熔沸點(diǎn)的測(cè)定、溴乙烷的合成選用微量法操作，既節(jié)約試劑和時(shí)間，又減少了污染；也可以將制備實(shí)驗(yàn)和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，如合成的溴乙烷可以代表鹵代烴進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，既可以節(jié)約時(shí)間，又有利于學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的培養(yǎng)；可以增設(shè)實(shí)驗(yàn)后廢棄物無害處理教學(xué)環(huán)節(jié)，向?qū)W生講解廢棄物處理的方法，引導(dǎo)學(xué)生妥善處理、回收實(shí)驗(yàn)廢棄物和循環(huán)使用，如將分餾、蒸餾實(shí)驗(yàn)用過的乙醇溶液進(jìn)行回收處理作為茶葉中提取咖啡因?qū)嶒?yàn)的溶劑。

表2 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的缺陷 “綠色化”改造方法

蒸餾 測(cè)定四氯化碳沸點(diǎn)

四氯化碳污染環(huán)境，影響師生健康 用乙醇代替四氯化碳

分餾 分離四氯化碳-甲苯混合物

四氯化碳、甲苯污染環(huán)境，影響師生健康 分離乙醇-水或丙酮-水的混合物

萃取實(shí)驗(yàn) 用乙醚萃取醋酸水溶液中的醋酸

乙醚沸點(diǎn)低，室溫下易揮發(fā)和燃燒，安全性差，不適合人員集中的場(chǎng)所使用，且用乙醚作萃取劑，用量大，成本高，易污染環(huán)境。 用水萃取乙酸乙酯和水混合溶液中的乙酸乙酯，乙酸乙酯毒性低，污染小，實(shí)驗(yàn)分層快，易操作，萃取后乙酸乙酯用碳酸鈉溶液洗滌回收，可回收再利用。

溴乙烷

的制備 加料方式，乙醇水溶液加入濃硫酸的水合熱沒有利用，另外，往酸性混合液中一次性加入溴化鈉是在敞開體系中進(jìn)行的，迅速產(chǎn)生的大量溴化氫氣體來不及與乙醇反應(yīng)而逃逸到空氣中，不僅造成環(huán)境污染和化學(xué)原料的不必要浪費(fèi)，而且降低了試劑濃度，影響反應(yīng)速率和產(chǎn)率。 改進(jìn)加料方式，從恒壓漏斗中緩慢滴加濃硫酸，用電熱套小心加熱反應(yīng)體系，保持反應(yīng)平穩(wěn)發(fā)生即可。

三、有機(jī)化學(xué)課程綠色化建設(shè)的其他相關(guān)配套環(huán)節(jié)

（一）教學(xué)方法的改革

對(duì)于一些污染嚴(yán)重，毒性較大，無法改進(jìn)但又不能省略的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，可以利用化工仿真軟件，讓學(xué)生在電腦上“親自動(dòng)手”，教師也可以自己拍攝實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像給學(xué)生演示，以達(dá)到事半功倍的效果。

（二）配套教材的建設(shè)

高職目前所使用的有機(jī)化學(xué)教材，幾乎沒有體現(xiàn)綠色化學(xué)理念，教材中仍有很多已被淘汰的工藝，如芳烴使用硝酸和硫酸混酸為硝化劑的硝化反應(yīng)等。高職院校目前亟須開發(fā)有自身特色的綠色有機(jī)化學(xué)教材。

（三）先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)儀器的先進(jìn)化，可以為實(shí)驗(yàn)綠色化提供技術(shù)保障。如微波、超聲波在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，具有速度快、時(shí)間短、能耗低的特點(diǎn)，不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，還可以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

總而言之，高職院校的綠色化學(xué)教育還處于摸索、起步階段。對(duì)有機(jī)化學(xué)這一基礎(chǔ)課程的綠色化建設(shè)是整個(gè)化學(xué)教育綠色化建設(shè)的重要基礎(chǔ)，并且具有重要的示范作用。特別是在我國當(dāng)今高職教育占據(jù)高等教育“半壁江山”的背景下，對(duì)廣大高職化工人才進(jìn)行綠色教育，將產(chǎn)生重要的社會(huì)生態(tài)效益。

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院教改課題（項(xiàng)目編號(hào)：2016JG-YB-04）。

內(nèi)蒙古自治區(qū)高等教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃課題（項(xiàng)目編號(hào)： NGJGH2016185）。

參考文獻(xiàn)：

劉崢，丁國華，楊世軍.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教程[M].北京：高等教育出版社，2010.