綠色化學(xué)指導(dǎo)下的藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教育改革

田婧鋆 孫倩倩 王鵬龍 鄧巧虹 譚 鵬 李 強(qiáng) 劉永剛

（北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 102488）

“綠水青山就是金山銀山”，是推進(jìn)生態(tài)發(fā)展的全新理念，對我們預(yù)防環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展提出了更具體、更理性、更堅(jiān)定的新要求。在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教育改革的過程中，用創(chuàng)新型的技術(shù)、無害化的原理和科學(xué)的方式方法發(fā)展“綠色化學(xué)”，將成為新時(shí)代藥學(xué)教育教學(xué)主要方向之一。

1 藥學(xué)與化學(xué)

藥學(xué)是化學(xué)的衍生學(xué)科，而化學(xué)也是藥學(xué)的基礎(chǔ)與靈魂。藥學(xué)高等教育離不開基礎(chǔ)的化學(xué)教育，無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、儀器分析、物理化學(xué)這五大化學(xué)為藥學(xué)的后續(xù)教學(xué)奠定了必要的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，因此眾多醫(yī)藥高校無一例外都將它們作為藥學(xué)基礎(chǔ)主干課程?？梢哉f，化學(xué)貫穿著藥學(xué)生的學(xué)習(xí)和未來的職業(yè)生涯。藥學(xué)高等教育的重要組成部分之一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都直接來源于化學(xué)教育實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、科研思維、創(chuàng)新能力都有重要的作用。值得注意的一點(diǎn)是，化學(xué)中存在的一些問題也在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)中不可避免的顯現(xiàn)出來，甚至因藥學(xué)領(lǐng)域的特點(diǎn)而放大加劇，例如有機(jī)溶劑在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)中用量遠(yuǎn)大于普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)，所造成的環(huán)境問題也更加嚴(yán)重。近年來化學(xué)的概念朝著環(huán)境友好的方向不斷的發(fā)展，而藥學(xué)似乎沒能緊跟上步伐，因?yàn)橛^念滯后帶來的問題日趨嚴(yán)重，追隨時(shí)代潮流的藥學(xué)教育改革刻不容緩。

2 綠色化學(xué)

2.1 綠色化學(xué)的定義 隨著國家以及世界對人類生存環(huán)境問題的愈加重視，“綠色化學(xué)”概念的提出符合人類與環(huán)境友好共處的發(fā)展方向。綠色化學(xué)是環(huán)境友好的化學(xué)，是指在化學(xué)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、制備和應(yīng)用過程中利用化學(xué)原理來減少或消弭對人類健康和環(huán)境有害的物質(zhì)的使用和產(chǎn)生。其中心思想是把化學(xué)和化工生產(chǎn)的現(xiàn)有技術(shù)路線從“先污染、后治理”改變?yōu)椤皬脑搭^上根除污染”，它與分析化學(xué)、有機(jī)合成、催化生物化學(xué)等學(xué)科都密不可分，身處當(dāng)今國際化學(xué)研究的前沿［1］。綠色化學(xué)是對環(huán)境問題的重新審視，要求我們在獲得新物質(zhì)的過程中，不只是在化學(xué)反應(yīng)末端控制廢物的產(chǎn)生，而是要在化學(xué)過程中盡量減少產(chǎn)生廢物，提高反應(yīng)過程的原子經(jīng)濟(jì)性，充分利用每一個(gè)原子，使反應(yīng)物分子中的原子全部轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的治理由治標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)橹伪荆?］。

2.2 綠色化學(xué)的十二條原則 美國的總統(tǒng)科技顧問P.T.Anastas博士和馬薩諸塞大學(xué)的J.C.Waner教授通過大量的研究工作，提出了綠色化學(xué)的十二條原則。這些原則目前是獲得世界公認(rèn)的指導(dǎo)綠色化學(xué)發(fā)展的基本原則：（1）防止污染優(yōu)于治理污染；（2）提高原子經(jīng)濟(jì)性；（3）盡量在化學(xué)合成中減少使用有毒原料和產(chǎn)生有毒物質(zhì)；（4）設(shè)計(jì)安全的化學(xué)品；（5）使用無害無毒的助劑及溶劑；（6）合理使用和節(jié)省能源；（7）利用可再生資源來代替消耗性資源合成化學(xué)品；（8）盡量減少非必須的衍生步驟；（9）采用高選擇性催化劑來代替化學(xué)計(jì)量助劑；（10）產(chǎn)物的易降解性；（11）發(fā)展分析方法，對污染物實(shí)施在線監(jiān)測和控制；（12）減少易燃易爆物質(zhì)的使用，最大程度地降低事故隱患［3］。

3 綠色化學(xué)對藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

實(shí)驗(yàn)過程中會產(chǎn)生一定的環(huán)境污染是不爭的事實(shí)。但藥學(xué)高等教育領(lǐng)域似乎視而不見、仍在按步就班的繼續(xù)這種陋習(xí)，以及因觀念滯后、改革不力而放任、加劇對環(huán)境不利影響的做法，與現(xiàn)實(shí)中大家對治理這些污染的認(rèn)識仍然停留在“先污染、再治理”的落后思維一脈相承。雖然實(shí)驗(yàn)室所制造的單次污染量相對于工業(yè)污染來說不大，但是因?yàn)橥辉盒?、不同專業(yè)的學(xué)生也有可能會重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn)，若不加以控制，不容忽視的累積效應(yīng)堆積在排放區(qū)附近必定會造成一定的排放污染［4］。因此，減少藥學(xué)實(shí)驗(yàn)污染的工作刻不容緩、勢在必行；藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教育改革也應(yīng)順應(yīng)歷史、與時(shí)俱進(jìn)。

本文將從綠色化學(xué)12原則中選取對藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革有積極實(shí)際意義且急迫、可行的五條，并舉出具體實(shí)例加以論述。

3.1 防止污染優(yōu)于治理污染 綠色化學(xué)摒棄了傳統(tǒng)的先污染后治理的化學(xué)思維，倡導(dǎo)從源頭上防止污染，這是其與傳統(tǒng)化學(xué)的最主要區(qū)別。從這個(gè)意義出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)教育之前，應(yīng)該在理論課上向?qū)W生傳達(dá)綠色化學(xué)精神，培養(yǎng)環(huán)保的理念。在保證教學(xué)質(zhì)量的情況下，優(yōu)化教學(xué)項(xiàng)目，慎重選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，遵循環(huán)境友好、低能耗、經(jīng)濟(jì)性等原則，重新設(shè)計(jì)污染更小、更環(huán)保的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

同時(shí)，還有一個(gè)現(xiàn)象值得注意。除了不合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶來的污染外，有些污染往往來自人為的不恰當(dāng)操作［5］。通常而言，學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)室的基本規(guī)定并不熟悉，對三廢（廢氣、廢液、廢渣）的處理十分草率。例如，將廢液直接倒入下水道等行為比比皆是，從而導(dǎo)致的環(huán)境污染可謂是無妄之災(zāi)。這些情況都是可以通過提前教育得到改善的。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，應(yīng)督促學(xué)生預(yù)習(xí)，最好讓學(xué)生手寫紙面材料，以便學(xué)生能夠熟悉實(shí)驗(yàn)流程，再對學(xué)生進(jìn)行理論指導(dǎo)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，將綠色化學(xué)的概念貫徹在教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，不僅能夠提高實(shí)驗(yàn)效率，還能減少試劑損失。此外，要引導(dǎo)正確的三廢處理方式。實(shí)驗(yàn)中制備的固體和液體產(chǎn)物可以用套用法，不能套用的固體進(jìn)行統(tǒng)一回收；可以提純再利用含有有機(jī)溶劑的液體，針對一些酸、堿度過高以及重金屬離子的廢水進(jìn)行統(tǒng)一處理；廢氣用吸收裝置回收，并且要在實(shí)驗(yàn)臺上安裝排風(fēng)裝置，這樣能對防止污染作出一些裨益［6］。

3.2 盡量在化學(xué)合成中減少使用有毒原料和產(chǎn)生有毒物質(zhì) 有機(jī)化學(xué)的一個(gè)重要組成部分是化學(xué)合成，在藥學(xué)中的合成概念更加廣泛，合成實(shí)驗(yàn)也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可或缺的一部分?；瘜W(xué)家將綠色化學(xué)的12條原則定為評定合成路線、生產(chǎn)過程及化合物是否為綠色的規(guī)范。因此，綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在原料、合成方法和制備過程的選擇以及產(chǎn)物的生成等方面都應(yīng)該盡量減小對環(huán)境的污染。要堅(jiān)持選擇無公害的原料、反應(yīng)條件，盡量控制生成環(huán)境友好型產(chǎn)物，并且減少甚至“零排放”副產(chǎn)物，即實(shí)現(xiàn)全過程綠色化［7］。實(shí)驗(yàn)時(shí)，要在保障基本操作訓(xùn)練的前提下，盡可能地選擇少用毒性和具有腐蝕性的原料的實(shí)驗(yàn)。

3.3 使用無害無毒的助劑及溶劑 在天然藥物化學(xué)、中藥化學(xué)等課程中，使用有機(jī)溶劑提取天然藥物中的有機(jī)成分是其他所有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。有機(jī)溶劑用量大、回收困難等特點(diǎn)注定了污染的存在。水作為另一種常見溶劑，提取效率較低，但環(huán)保無污染，且經(jīng)濟(jì)節(jié)約，符合綠色化學(xué)要求。在實(shí)驗(yàn)效率影響比較小的情況下，應(yīng)該盡可能地以水為溶劑提取，避免有毒有害和揮發(fā)性有機(jī)溶劑的使用，尤其是鹵代烴類溶劑。

除了更換溶劑之外，現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展還給我們提供了另一種思路。隨著化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和儀器的發(fā)展，應(yīng)積極將微波輔助萃取、超聲波提取等方法廣泛應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去。此類方法提取效率高，所需溶劑少，而且能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)到化學(xué)發(fā)展新趨勢［8］。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中催化劑被廣泛使用，在不影響實(shí)驗(yàn)效果的情況下，應(yīng)盡量選擇無毒、無害、無腐蝕性的催化劑代替強(qiáng)腐蝕性的催化劑。例如在酯化反應(yīng)中使用超強(qiáng)固體酸代替濃硫酸、在陽離子沉淀實(shí)驗(yàn)中使用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氫。

3.4 合理使用和節(jié)省能源 在必須開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，盡可能設(shè)計(jì)串聯(lián)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在理論課開設(shè)的同時(shí)配合展開的。每個(gè)實(shí)驗(yàn)基本都是孤立、單獨(dú)展開的，實(shí)驗(yàn)完成后，產(chǎn)物不能進(jìn)行合理利用的話就會成為廢棄物，如果處理過程只是簡單拋棄，則會極大地危害環(huán)境。而串聯(lián)實(shí)驗(yàn)是指通過恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，打破學(xué)科和實(shí)驗(yàn)間的界限，將同一學(xué)科兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的化學(xué)實(shí)驗(yàn)組合在一起，將前面實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物變成后面的實(shí)驗(yàn)原料，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法在檢查學(xué)生操作技能的同時(shí)還提高了化合物的使用率，印證了綠色化學(xué)的觀念。這增加了學(xué)科間的關(guān)聯(lián)性，對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科整體觀和創(chuàng)新思維都是有所裨益的。例如，制備乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)完成后可以用其產(chǎn)物去制備乙酰乙酸乙酯［9］。而且每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物以及純度與下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行都緊密相關(guān)，這使學(xué)生要認(rèn)真對待實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)積極性得到了充分調(diào)動［10］。

實(shí)驗(yàn)過程中很多學(xué)生因?yàn)闆]有形成節(jié)約的觀念，在稱量時(shí)操作不嚴(yán)謹(jǐn)，稱量過后又忘記密封試劑，導(dǎo)致試劑浪費(fèi)較多，這就需要在實(shí)驗(yàn)開始前說明，特別是在進(jìn)行需要使用一些容易吸濕的藥品的實(shí)驗(yàn)前老師要著重強(qiáng)調(diào)；量取有機(jī)試劑時(shí)，容易灑出較多試劑，這種情況下需要老師將大瓶試劑用小試劑瓶分裝、小試劑瓶配置吸管以便于取用；在對照品和薄層展開劑的配制過程中，學(xué)生會配制過多造成浪費(fèi)，針對這個(gè)問題，老師可以提前配好，或者學(xué)生合作配制展開劑；此外微型實(shí)驗(yàn)也是目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中節(jié)省能源的新思路，微型實(shí)驗(yàn)是指用微量的藥品在微型的儀器中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)，通過少原料、少排放、少污染，體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。比如過去在試管中進(jìn)行的化學(xué)現(xiàn)象驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)改在點(diǎn)滴板上操作，使用試劑只需幾滴，大大減少了試劑的用量，而達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果［11］。

3.5 盡量減少非必須的衍生步驟 綠色化學(xué)的要求之一是反應(yīng)要具備“原子經(jīng)濟(jì)性”，也就是原料分子中到底有百分之幾的原子轉(zhuǎn)變成了產(chǎn)物。如果在反應(yīng)中包含一些消除及降解等衍生步驟，則會由于生成與目標(biāo)產(chǎn)物無關(guān)的分子，使得該反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性變低。反應(yīng)中的衍生步驟越少，原子的利用率越高，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率越高，副產(chǎn)物或廢物的排放量就越低［12］，也利于做到環(huán)境友好。實(shí)驗(yàn)室合成對溴苯胺常用的方法是用錫-鹽酸還原法，其合成過程以苯胺為初始原料，通過形成乙酰苯胺、對溴乙酰苯胺等中間體的過程，保護(hù)了芳胺上的氨基，減小了芳胺發(fā)生衍生反應(yīng)的可能性，進(jìn)而提高了對溴苯胺的產(chǎn)率，提高了反應(yīng)的“原子經(jīng)濟(jì)性”。

4 結(jié)語

“綠水青山就是金山銀山”。藥學(xué)與其他的傳統(tǒng)化學(xué)行業(yè)既有相似性又有其獨(dú)特性，所以在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中如何落實(shí)“綠色化學(xué)”的目標(biāo)值得所有藥學(xué)人去理解、去思辨、去實(shí)踐?，F(xiàn)代大學(xué)生是新時(shí)期科技發(fā)展、優(yōu)化環(huán)境、社會進(jìn)步的主力軍，將成為未來藥學(xué)學(xué)科、制藥行業(yè)、國民健康的頂梁柱，培養(yǎng)綠色積極的思維模式及實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)正確的環(huán)保意識意義重大。為此，在“綠色化學(xué)”的指導(dǎo)下，堅(jiān)持不懈地做好藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教育改革，對現(xiàn)在的藥學(xué)教育及整個(gè)藥學(xué)行業(yè)都將起到積極的意義。