綠色化學(xué)理念在有機(jī)化學(xué)及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

謝龍勇，彭 莎，劉 芳

(湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

有機(jī)化學(xué)學(xué)科近年來逐漸成為了一門發(fā)展得越來越完整的學(xué)科，高等學(xué)校有機(jī)化學(xué)學(xué)科作為各高?；ぴ焊鲗I(yè)所設(shè)教學(xué)學(xué)科的重要組成部分[1]，幾乎是各個(gè)分系的必修課。不僅如此，在人類文明史的發(fā)展過程中，有機(jī)化學(xué)也對提高人類生活質(zhì)量做出了非常巨大的貢獻(xiàn)。然而，我們同時(shí)不得不承認(rèn)的是，一直以來所沿用的化學(xué)合成方法以及其建立起來的化學(xué)合成工業(yè)，對整個(gè)我們賴以生存的環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞和污染。一直以來所提倡的解決這些污染問題的主要方法是強(qiáng)制企業(yè)治理、停產(chǎn)、甚至嚴(yán)重的需要進(jìn)行關(guān)閉，為治理污染耗費(fèi)了驚人的物力、人力和財(cái)力。時(shí)間到了90年代初，許多化學(xué)家就提出了"綠色化學(xué)"的概念，此概念與傳統(tǒng)的"治理污染"不同的地方是大力倡導(dǎo)從源頭上減少污染、甚至消除污染的產(chǎn)生。 "綠色化學(xué)"要求所有的化學(xué)活動(dòng)，包括需要使用的原料、化學(xué)合成過程、以及最終得到的產(chǎn)物，需是對人類的健康和環(huán)境是友好的。基于如是種種，將綠色化學(xué)的理念引入高校有機(jī)化學(xué)課堂及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)中顯得尤為重要，且勢在必行。

1 “綠色化學(xué)”理念引入有機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)

1.1 加強(qiáng)目的教學(xué)

緒論課又稱前言課，其是一門課程的序幕，有機(jī)化學(xué)緒論課的教學(xué)目的是使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)課程的自覺性，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，前沿課需具有以下兩大特征：a. 概念性：前沿課應(yīng)準(zhǔn)確介紹綠色化學(xué)的定義及其覆蓋范圍，將綠色化學(xué)的定義以及發(fā)展結(jié)合整個(gè)化學(xué)發(fā)展史進(jìn)行介紹，同時(shí)確?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)的連貫性; b. 目的性：前沿課應(yīng)著重介紹綠色化學(xué)現(xiàn)階段的發(fā)展情況以及其方向和發(fā)展前景，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行此發(fā)展方向的學(xué)習(xí)以及解釋需要具備知識結(jié)構(gòu)。

因此，首先介紹綠色化學(xué)的發(fā)展歷程，以各種著名化學(xué)家、實(shí)驗(yàn)以及化工企業(yè)的事例為依據(jù)說明其出現(xiàn)的必然性，并詳細(xì)概括并解釋其對于化工生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)甚至是我們社會(huì)發(fā)展的巨大意義。然后向?qū)W生介紹國內(nèi)外綠色化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀以及很多國家或地區(qū)對其大范圍的概況。

1.2 舉例說明“綠色化學(xué)”的益處

在課堂教學(xué)中通過比較傳統(tǒng)合成方法與現(xiàn)代綠色合成方法[2]，通過兩種方法對比更好說明綠色合成的優(yōu)點(diǎn)。本文以炔烴水合反應(yīng)為例。

炔烴水合反應(yīng)是一個(gè)重要的有機(jī)反應(yīng)，因?yàn)槠淇梢詫⑷矡N轉(zhuǎn)變成酮類化合物，在有機(jī)合成領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。炔烴水合傳統(tǒng)方法是以過渡金屬催化，酸作為促進(jìn)劑。常用的過渡金屬包括汞、銦、銅、銀、鈀等，過渡金屬的使用導(dǎo)致反應(yīng)后處理復(fù)雜，而且容易引發(fā)產(chǎn)品金屬殘留問題，限制了這類反應(yīng)在醫(yī)藥領(lǐng)域的運(yùn)用。

因此，在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)有機(jī)反應(yīng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生明白反應(yīng)“不綠色”具體體現(xiàn)在哪些方面，從而有針對性地對反應(yīng)條件和反應(yīng)路線進(jìn)行重新規(guī)劃，達(dá)到反應(yīng)綠色的目的。針對上面提到的炔烴水合反應(yīng)，越來越多綠色路徑被開發(fā)出來。例如，以酸性離子液體代替一般的質(zhì)子酸，離子液體可以回收套用，從而可以有效地解決傳統(tǒng)炔烴水合反應(yīng)中酸污染的問題。近年來，低共融溶劑以及生物質(zhì)溶劑廣泛使用，也為解決炔烴水合反應(yīng)金屬殘留問題指明了方向，我們可以試著讓學(xué)生采用低共融溶劑代替常用有機(jī)溶劑，因?yàn)檫@類溶劑可以溶解過渡金屬，可以達(dá)到過渡金屬重復(fù)使用的目的。作為老師，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻該將這些前沿綠色領(lǐng)域的發(fā)展向?qū)W生傳授，讓學(xué)生有自主意識，今后從事有機(jī)研發(fā)過程中，盡量規(guī)避那些對環(huán)境污染比較大的反應(yīng)路線，開發(fā)出更多綠色反應(yīng)條件，造福民生[3]。

2 “綠色化學(xué)”理念引入有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.1 借助多媒體工具

多媒體工具教學(xué)借助了聲音、影像以及圖片等媒介，能夠?yàn)閷W(xué)生全面地優(yōu)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及展示效果，其具體作用包括：其一，其可以幫助學(xué)生更加理解實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)效果的接受度更強(qiáng)，對知識理解更加透徹;再者，借助多媒體模擬實(shí)驗(yàn)可以盡量避免污染的生成，正符合綠色化學(xué)的要求; 第三，其也可以模擬工業(yè)生產(chǎn)過程。比如對于大多數(shù)學(xué)生未見過的實(shí)驗(yàn)如接觸法制硫酸、氨氧化法制硝酸等，會(huì)缺乏具體地感性認(rèn)識，通過多媒體媒介可以形象地展現(xiàn)出所有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時(shí)其可以反復(fù)播放，調(diào)整視圖大小，滿足多方面的需求。

目前多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)資料非常豐富，結(jié)合本人多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，建議可以有以下教學(xué)改革：在總課時(shí)量不變的基礎(chǔ)上，將觀看多媒體影像的學(xué)時(shí)增加，運(yùn)用多種教學(xué)手段，保證學(xué)生不僅可以理解實(shí)驗(yàn)原理，同時(shí)可以明確實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)操作。

2.2 引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般可以有三大部分，可以概括為基本操作部分、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)部分和合成實(shí)驗(yàn)部分。這三個(gè)部分中，基本操作指的是該課程實(shí)驗(yàn)的所有基本操作，例如藥品的擺放、計(jì)量儀器的使用、反應(yīng)器的加熱蒸餾以及玻璃儀器的操作等; 而驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)部分指的是化合物特有性質(zhì)的驗(yàn)證，比如我們理論課中已經(jīng)知道的苯酚與三氯化鐵的顯色反應(yīng)以及銀鏡反應(yīng)等等; 最后合成實(shí)驗(yàn)部分則是考查學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)的所有步驟，設(shè)計(jì)并完成綜合實(shí)驗(yàn)的能力。這三部分現(xiàn)與其理論教學(xué)是相對獨(dú)立的，如此造成很多學(xué)生理論學(xué)的不錯(cuò)，但是真正進(jìn)行操作的時(shí)候問題不斷，非常不熟練，對于自己對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新更是困難重重。更為重要的是，學(xué)生在操作的時(shí)候經(jīng)常由于試劑和溶劑利用率過低而將其廢棄，由此對環(huán)境造成很大污染，也很不符合綠色化學(xué)的發(fā)展要求。如果老師在講授過程中，能將上述三部分有效結(jié)合，不僅能夠提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生學(xué)以致用，還能培養(yǎng)學(xué)生有綠色化學(xué)的意識[4]。

高校學(xué)生對于有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)尤為關(guān)鍵，未來科研隊(duì)伍的建設(shè)肯定有我們現(xiàn)在課堂教學(xué)中的很大部分學(xué)子，而綠色化學(xué)的發(fā)展已成為趨勢，由此，將此概念引入課堂以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要，結(jié)合先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、多媒體輔助教學(xué)、以及將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容推陳出新、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前優(yōu)先選取環(huán)境友好型的化學(xué)試劑、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，使之盡量符合綠色化學(xué)的概念是我們作為高教有機(jī)化學(xué)教師的職責(zé)，作為化學(xué)教學(xué)工作者，進(jìn)行減少環(huán)境污染的教學(xué)與科研是我們的共同目標(biāo)。