苯妥英鈉合成實(shí)驗(yàn)講授化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全問題的探討

蔡樂 李雪 韋琨

[摘要]化學(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐化學(xué)原理非常重要的手段，也是提高大學(xué)生綜合素質(zhì)的重要途徑?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常使用易燃、易爆、腐蝕、有毒等危險化學(xué)藥品，一旦防護(hù)和應(yīng)急處理不當(dāng)容易引發(fā)安全事故。因此，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對同學(xué)們進(jìn)行安全教育非常重要，要把安全教育貫穿在整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中。云南大學(xué)通過苯妥英鈉合成實(shí)驗(yàn)，講授化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的安全問題，包括危險化學(xué)品、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全操作和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險廢棄物處置等方面的內(nèi)容。這種通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)講授探討實(shí)驗(yàn)室安全問題的方式取得了較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)室安全；安全教育；苯妥英鈉合成實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號] R642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-4721（2019）5（c）-0165-03

Discussion on safety of chemical laboratory in the teaching of Phenytoin Sodium synthesis experiment

CAI Le LI Xue WEI Kun LIU Jin CAO Qiu-e

School of Pharmacy， School of Chemical Science and Engineering， Yunnan University， Yunnan Province， Kunming 650032， China

[Abstract] Chemical experiment is a very important means of practicing chemical theories， and it is also an important way to improve the overall quality of college students. Dangerous chemicals such as flammable， explosive， corrosive， and toxic chemicals are often used in chemical experiments. Once the protection and emergency treatment are improper， it is easy to cause safety accidents. Therefore， it is very important to carry out safety education for students in the teaching of chemical experiments. Safety education should be carried out throughout the experimental teaching process. Yunnan University teaches safety issues in chemical laboratories by Phenytoin Sodium synthesis experiments， including hazardous chemicals， chemical laboratory safety operations， and hazardous waste disposal in chemical laboratories. This means of teaching laboratory safety issues through specialized experiments has achieved good teaching results.

[Key words] Chemical experiment； Laboratory safety； Safety education； Phenytoin Sodium synthesis experiment

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的重要場所，是實(shí)踐育人和人才培養(yǎng)的重要陣地?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中需要使用的試劑種類繁多，很多化學(xué)試劑都具有一定危險特性，比如易燃、易爆、有毒或具有腐蝕性，還有些試劑屬于易制毒化學(xué)品，是管制試劑?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)操作中經(jīng)常會使用加熱、真空等，具有一定危險性。實(shí)驗(yàn)室事故頻發(fā)的主要原因是對安全教育的重視不夠，因此，不論在國內(nèi)還是國外高校，安全教育都是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)[1-3]，很多學(xué)校，如北京大學(xué)、浙江大學(xué)、四川大學(xué)[4]以及云南大學(xué)等都在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置了安全準(zhǔn)入考試制度，要求學(xué)生必須通過安全考試才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，體現(xiàn)了安全教育的重要性。安全準(zhǔn)入目前多是通過學(xué)生自學(xué)后進(jìn)行考試，而實(shí)際授課往往課時短，以云南大學(xué)為例，安全教育課時僅為4學(xué)時，不可能進(jìn)行全面細(xì)致的講授。很多學(xué)校都在積極探索化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全教育的合理方式[5-7]，云南大學(xué)對化學(xué)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行安全培訓(xùn)時，通過具體化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來講授實(shí)驗(yàn)室安全知識，培養(yǎng)學(xué)生的自我安全意識。安全教育在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)是一個循序漸進(jìn)的過程，不可能畢其功于一役，通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)講授安全知識能讓安全教育貫穿整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，減少危險事故發(fā)生。此外，通過經(jīng)典的化學(xué)實(shí)驗(yàn)來講授實(shí)驗(yàn)室安全內(nèi)容會更生動，更容易讓學(xué)生理解和記憶。

苯妥英是一種重要的抗癲癇藥，還用于心律失常、輕度高血壓的治療，臨床上主要用其鈉鹽形式—苯妥英鈉。苯妥英鈉的合成是有機(jī)化學(xué)和制藥工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)[8]，包括三步反應(yīng)，縮合，氧化和環(huán)合（圖1）。具體操作包括采用維生素B1作為催化劑，在堿性條件下，加熱到60～75℃使苯甲醛發(fā)生安息香縮合形成二苯羥乙酮，在酸性條件下用FeCl3氧化二苯羥乙酮制取聯(lián)苯甲酰，聯(lián)苯甲酰在堿性條件下與尿素環(huán)合和重排得到苯妥因，最后采用酸堿處理精制獲得苯妥英鈉[9]。整個實(shí)驗(yàn)過程中包含了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室三大方面的安全問題，包括危險化學(xué)品、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全操作和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險廢棄物處置。

1危險化學(xué)品

危險化學(xué)品是指具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質(zhì)，對人體、設(shè)施與環(huán)境有危害的劇毒化學(xué)品和其他化學(xué)品[10]。化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中危險化學(xué)品的使用無法完全避免，但在教學(xué)過程中要盡量減少和替代[11]。本實(shí)驗(yàn)中涉及以下危險化學(xué)品的使用和管理。

1.1維生素B1替代氰化物

苯妥英鈉合成實(shí)驗(yàn)中第一步縮合反應(yīng)，在傳統(tǒng)合成中經(jīng)常使用氰化物作為催化劑[12]，但氰化物是劇毒物質(zhì)，以氰化鉀為例，接觸皮膚的傷口或吸入微量粉末即可中毒死亡。此外。氰化鉀在濕空氣中潮解即可放出劇毒的氰化氫氣體，空氣中氰化氫含量達(dá)3/100 000就可在數(shù)分鐘內(nèi)致人死亡，大大增加了危險性。選用維生素B1作為催化劑，雖然成本有所增加，但安全性高，符合高等學(xué)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室安全教學(xué)的要求。

1.2 FeCl3替代濃硝酸

第二步氧化合成二苯乙二酮時，傳統(tǒng)方法多用濃硝酸進(jìn)行氧化[13]，會產(chǎn)生大量的NO2氣體。NO2有毒，具有腐蝕性和刺激性，可從呼吸道、食管、皮膚進(jìn)入人體，損害呼吸道，引起胸悶、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫紺等。改用FeCl3作為氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，不會產(chǎn)生有毒氣體，具有安全、高效、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，非常適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.3苯甲醛和維生素B1的儲藏

苯甲醛在室溫下其為無色液體，具有特殊的杏仁氣味，對眼睛、呼吸道黏膜有一定的刺激作用，危害不大。但苯甲醛在空氣中極易被氧化，生成白色苯甲酸，因此，必須儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房，密封包裝，不可與空氣接觸，打開的苯甲醛要及時用完，未用完的苯甲醛放置過久重新蒸餾純化才能使用，否則會大幅降低反應(yīng)收率。維生素B1易吸水，在堿性溶液中不穩(wěn)定，易被氧化和受熱破壞，遇光和熱效價下降。故應(yīng)置于遮光，陰涼處保存，不宜久貯，因此，最好使用新鮮的維生素B1。

實(shí)驗(yàn)室中一般不宜大量購買苯甲醛和維生素B1等不穩(wěn)定化學(xué)品，宜按需求購買，并按照規(guī)定儲存，這也符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險化學(xué)品管理的規(guī)定[14]。

1.4易制毒化學(xué)品的管理

本實(shí)驗(yàn)中需要使用到鹽酸，鹽酸屬于第三類易制毒化學(xué)品，是用于制造毒品的配劑。易制毒化學(xué)品是指可以被用于非法生產(chǎn)、制造或合成毒品（麻醉藥品和精神藥品）的原料前體和試劑等[15-16]。易制毒化學(xué)品的購買實(shí)行公安機(jī)關(guān)審批許可和備案制度，必須做好詳細(xì)的入庫、領(lǐng)用、回庫等臺賬記錄，任何個人不能私自運(yùn)輸易制毒化學(xué)品。因此，鹽酸嚴(yán)格杜絕私自帶離實(shí)驗(yàn)室，一旦丟失應(yīng)當(dāng)立即向?qū)W校保衛(wèi)部門和實(shí)驗(yàn)室管理部門報告。

通過該實(shí)驗(yàn)講授危險化學(xué)品，既讓學(xué)生了解苯妥英鈉合成方法的發(fā)展過程，也讓學(xué)生熟悉了一些危險化學(xué)品的管理和使用知識，學(xué)習(xí)記憶比較深刻。

2化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全操作

2.1氫氧化鈉溶液的配制

本實(shí)驗(yàn)需要配制氫氧化鈉溶液，向?qū)W生介紹氫氧化鈉溶液安全配制的方法。氫氧化鈉有吸濕性，溶解時會大量放熱，氫氧化鈉溶液有強(qiáng)烈的腐蝕性，能與玻璃中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，因此溶液配制過程中要注意以下問題：①氫氧化鈉稱量時應(yīng)放在玻璃器皿里，取完要立即蓋緊試劑瓶蓋；②配制完立即塞緊瓶塞，以免與空氣中物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)引起變質(zhì)；③不要使用磨口瓶，瓶塞最好使用橡膠塞。

2.2稀鹽酸的配制

本實(shí)驗(yàn)需要使用稀鹽酸，向?qū)W生講述稀鹽酸溶液安全配制的方法。濃鹽酸具有極強(qiáng)的揮發(fā)性，有強(qiáng)烈的刺鼻氣味，具有較高的腐蝕性。因此，必須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行配制。配制稀鹽酸時要求將濃鹽酸緩慢的倒入水中，嚴(yán)禁將水倒入鹽酸中，防止因局部受熱發(fā)生噴濺。

2.3溫度計的使用

本實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)過程中要使用溫度計監(jiān)測溫度，使用溫度計使應(yīng)注意以下問題：①加熱溫度不可超過溫度計的最大量程；②溫度計不能當(dāng)玻璃棒使用，有些同學(xué)圖方便，用溫度計進(jìn)行攪拌操作是很危險的；③水銀溫度計一旦打碎，必須馬上用硫磺掩埋處理。

2.4電熱套的使用

本實(shí)驗(yàn)中多步反應(yīng)均需使用電熱套，電熱套是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室最重要的加熱設(shè)備。使用電熱套時應(yīng)注意以下事項：①電熱套電源必須有良好的接地；②先插好溫度感應(yīng)探頭再打開電熱套；③如有液體滴入電熱套內(nèi)或燒瓶破裂漏液進(jìn)入電熱套時必須迅速關(guān)閉電源，將電熱套放入通風(fēng)處，待完全干燥后才可再次使用。

通過實(shí)驗(yàn)過程中需要涉及的操作和使用到的儀器，講解部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)室基本操作規(guī)范，讓學(xué)生學(xué)習(xí)后即可進(jìn)行實(shí)操，具有較好的教學(xué)效果。

3化學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險廢棄物處置

高校實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)廢棄物種類繁多，成份復(fù)雜，已成為潛在的嚴(yán)重環(huán)境污染源，不能隨意排放[17]。做好化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢棄物的回收處置工作，是高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的重要職責(zé)。在苯妥英鈉合成的三步反應(yīng)和精致過程中，均會產(chǎn)生化學(xué)廢棄物，必須進(jìn)行統(tǒng)一回收，不能隨意倒入水池。第一步縮合反應(yīng)的廢液中含有NaOH和未反應(yīng)完的苯甲醛，第二步氧化反應(yīng)的廢液中有未反應(yīng)完的FeCl3和Fe2+，第三步重排反應(yīng)的廢液中有NaOH和未反應(yīng)完的尿素，精致過程中會產(chǎn)生酸堿廢液。所有廢液應(yīng)該分類儲存，有些廢液不能隨意混合，要向?qū)W生進(jìn)行詳細(xì)講解。

通過讓學(xué)生自己分類收集實(shí)驗(yàn)過程中的廢液，學(xué)生更容易養(yǎng)成按規(guī)定存儲和處理化學(xué)廢棄物的良好習(xí)慣。

綜上所述，在苯妥英鈉合成實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，穿插化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全教育，包含危險化學(xué)品、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全操作和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險廢棄物處置三個方面的內(nèi)容，讓安全教育貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，對于提高學(xué)生的安全意識作用明顯，具有良好的教學(xué)效果。

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（收稿日期：2018-10-16 本文編輯：崔建中）