教學(xué)論文投稿綠色化學(xué)理念在有機化學(xué)及實驗教學(xué)中的應(yīng)用

　　近年來，綠色化學(xué)所倡導(dǎo)的理念已經(jīng)成為國內(nèi)外高校關(guān)注的熱點，下面是小編搜集整理的一篇教學(xué)論文投稿：綠色化學(xué)理念在有機化學(xué)及實驗教學(xué)中的應(yīng)用，供大家閱讀參考。

　　[摘 要]隨著我國工業(yè)化程度不斷提高，污染越來越嚴(yán)重。為此，有機化學(xué)的課堂實驗應(yīng)將“綠色化學(xué)”理念作為重點教學(xué)內(nèi)容，可以采取的具體措施如下：(1)利用多媒體設(shè)備;(2)用微量及半微量操作代替?zhèn)鹘y(tǒng)的常量實驗;(3)鼓勵學(xué)生參與到綜合性的合成實驗中去。通過這一系列措施在實驗中降本增效，最小化污染物排放，真正地將綠色化學(xué)理念植根于學(xué)生的腦海中。

　　[關(guān)鍵詞]綠色化學(xué) 有機化學(xué) 實驗 環(huán)境保護

　　最先提出“綠色化學(xué)”理念的是美國化學(xué)會(American Chemical Society)，由于順應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的客觀規(guī)律，很快即在世界范圍內(nèi)廣泛流傳。綠色化學(xué)，簡單地說，是采用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)原理減少，甚至消除工業(yè)生產(chǎn)對于生態(tài)環(huán)境的污染。

　　近年來，隨著環(huán)境污染事件不斷升級以及人們的環(huán)保意識不斷增強，[1]“綠色化學(xué)”所倡導(dǎo)的理念已經(jīng)成為國內(nèi)外高校關(guān)注的熱點。眾多大學(xué)化學(xué)教材以及高校的教學(xué)計劃均納入了綠色化學(xué)相關(guān)內(nèi)容，積極向廣大學(xué)生推廣該理念，以期未來他們能將其運用在工作中。

　　一、 “綠色化學(xué)”理念在有機化學(xué)理論教學(xué)中的應(yīng)用

　　(一)加強緒論課的教學(xué)

　　緒論課是一門課程的序幕，其教學(xué)的目的是使學(xué)生明確學(xué)習(xí)綠色化學(xué)的終極目標(biāo)，啟發(fā)他們學(xué)習(xí)該課程的自覺性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。因此，緒論課必須具備兩大特性：(1)概念性：緒論課應(yīng)界定綠色化學(xué)的準(zhǔn)確定義和涵蓋范圍，將綠色化學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展融會于化學(xué)史的整個進程中介紹給學(xué)生，保證化學(xué)學(xué)習(xí)的連續(xù)性;(2)方向性：緒論課應(yīng)指出綠色化學(xué)現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r以及未來的發(fā)展方向，同時需要指導(dǎo)學(xué)生如何進行該方向的學(xué)習(xí)，需要具備怎樣的知識結(jié)構(gòu)。

　　因此我們應(yīng)當(dāng)首先開場白式地介紹綠色化學(xué)的“前世今生”，以著名化學(xué)家、化學(xué)實驗、化工企業(yè)的事例證明綠色化學(xué)出現(xiàn)的重要性，從而形象生動地描述其對于化工產(chǎn)業(yè)、環(huán)境保護乃至全人類發(fā)展的偉大意義。在介紹有機化學(xué)的發(fā)展歷程時，簡單陳述生命力學(xué)說、實驗室的獲得、分子組成的確定、有機化合物和有機化學(xué)的定義、結(jié)構(gòu)學(xué)說的建立等里程碑式的事件。通過這一過程使學(xué)生明白：其一，綠色化學(xué)的出現(xiàn)符合客觀世界的發(fā)展規(guī)律;其二，在具有探索精神和社會責(zé)任感的學(xué)者的努力下，綠色化學(xué)正在飛速地發(fā)展，并不斷取得里程碑式的成就。

　　然后向?qū)W生介紹國內(nèi)外該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。目前很多發(fā)達國家已經(jīng)大范圍普及了綠色化學(xué)相關(guān)技術(shù)，從源頭上遏制了污染的排放量。但國內(nèi)的工業(yè)污染物治理方法還停留在“末端治理技術(shù)”階段，因此大幅度增加了社會可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟成本，而且加大了原本已經(jīng)十分脆弱的生態(tài)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

　　(二)通過實例說明“綠色化學(xué)”的好處

　　在課堂教學(xué)中通過對有機合成反應(yīng)方法的對比，可以說明綠色合成的優(yōu)點。本文以苯酚的制備反應(yīng)和炔烴的水合反應(yīng)為例。

　　(1)苯酚的制備反應(yīng)

　　目前共有三種方法可以獲取苯酚：一是苯磺酸堿熔法，二是芳鹵衍生物水解法，三是異丙苯氧化法。苯磺酸堿熔法是將氫氧化鈉與苯磺酸鈉鹽共熔，即堿熔后便可以得到苯酚鈉，再經(jīng)酸化，即得到苯酚。該法的優(yōu)點在于轉(zhuǎn)化率高、設(shè)備簡單、產(chǎn)品純度佳;缺點則是產(chǎn)生廢液多、生產(chǎn)工序多、酸堿消耗量大。芳鹵衍生物水解法是加入大量酸堿，當(dāng)鹵原子的鄰對位產(chǎn)生強的吸電子基團時進行水解反應(yīng)。而異丙苯氧化法是一種綠色合成方法，以異丙苯在催化劑紫外線或過氧化物的作用下得到過氧化異丙苯，接著使用稀硫酸將其分解成丙酮和苯酚。該法的優(yōu)點是可以得到有價值的副產(chǎn)品，每產(chǎn)生一噸的苯酚同時可得到0.6噸的副產(chǎn)品丙酮。顯而易見，從綠色化學(xué)的角度，我們應(yīng)當(dāng)舍棄苯磺酸堿熔法和芳鹵衍生物水解法，選擇異丙苯氧化法，以節(jié)約大量原料，并能減少污染。這個例子充分說明了在課堂上有效傳輸“綠色化學(xué)”理念的可行性。

　　(2)炔烴的水合反應(yīng)

　　作為有機合成中官能團轉(zhuǎn)換的最重要的基礎(chǔ)反應(yīng)——炔烴水合反應(yīng)，現(xiàn)在已經(jīng)有了更綠色的實驗方法。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)是以汞鹽為催化劑，加入炔烴與水反應(yīng)得到醛和酮。該方法在生產(chǎn)乙醛上得到了廣泛的應(yīng)用，但由于汞鹽是很難回收處理的，且反應(yīng)中需要大量的硫酸，該方法已被發(fā)達國家淘汰。

　　在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計合成反應(yīng)時，應(yīng)將污染納入最佳合成路線的考量因素，綜合原料易得性、反應(yīng)步驟數(shù)目、轉(zhuǎn)化率高低、分離提純難易等各個方面對其進行評估，做到真正無毒無害地實驗。通過這樣的說明，使學(xué)生理解“綠色化學(xué)”的理念，在未來的職業(yè)生涯中能夠利用化學(xué)創(chuàng)造更加清潔的環(huán)境。

　　二、“綠色化學(xué)”理念在有機化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

　　(一)實驗教學(xué)中使用多媒體輔助教學(xué)

　　多媒體教學(xué)融會了聲音、動畫、圖片等，能夠極大程度地優(yōu)化化學(xué)實驗：第一，可以增強實驗的可見度，從而使得實驗的演示效果更加逼真;第二，模擬實驗可以避免污染;第三，可以模擬工業(yè)化生產(chǎn)過程。比如學(xué)生對于接觸法制硫酸、氨氧化法制硝酸等大多數(shù)未見過的實驗，缺乏感性認(rèn)識，而用計算機等高科技手段能真實表現(xiàn)出所有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并可調(diào)整視圖大小反復(fù)播放，強化記憶;第四，可模擬化學(xué)鍵的斷裂和重新組合等肉眼難以看到的化學(xué)反應(yīng)過程。

　　目前多媒體化學(xué)實驗教學(xué)資料豐富，為此，筆者建議開展如下教學(xué)改革：在總學(xué)時不變的基礎(chǔ)上，增加觀看多媒體錄像的課時，利用多元化教學(xué)手段，保證學(xué)生既能清晰地理解實驗原理，又能明確實驗的規(guī)范化操作。引入多媒體使得有機化學(xué)的實驗實現(xiàn)教學(xué)相長，確保學(xué)生能夠有機會了解并研究比較難以實現(xiàn)或者具有污染性的化學(xué)反應(yīng)。

　　(二)提倡半微量化操作模式，嘗試探索微型化實驗

　　常量有機化學(xué)實驗由于是經(jīng)過多次實驗的方案，因此通常操作便捷無需另行設(shè)計且反應(yīng)現(xiàn)象非常明顯。但是，時代的進步和人們對于生活環(huán)境質(zhì)量要求的提高使得傳統(tǒng)的常量實驗的缺點凸顯出來，比如試劑消耗量大、廢棄物污染嚴(yán)重等;除此之外，常量實驗的目的往往是為了復(fù)制、驗證，缺乏創(chuàng)新性、探索性，違背了大學(xué)教學(xué)的本質(zhì)目的，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識。 　　基于此，許多學(xué)者對此進行了一些嘗試性的探索，目的是在減少藥品用量的同時又不影響實驗結(jié)果及實驗現(xiàn)象的觀察，半微量化操作模式漸漸在大學(xué)教學(xué)中流行起來。筆者也進行了半微量化操作模式的教學(xué)嘗試，實踐證明這樣不僅可行性較強，還能節(jié)省實驗成本和教學(xué)時間，給學(xué)生更加充分的實踐機會。

　　此外，筆者也在教學(xué)改革中引入了微型實驗這一與“綠色化學(xué)”緊密相連的概念。這一概念是由Butcher等[3]美國學(xué)者于1985年首次設(shè)計提出，經(jīng)歷了較長發(fā)展和修正的時間，已經(jīng)成為運用較為廣泛的化學(xué)實驗?zāi)Ｊ街弧Ｆ渑c半微量化模式相似，但是在實踐范圍上拓展到了化學(xué)實驗的完整過程中，也因此大大節(jié)約了成本 (一般節(jié)約開支90%[4])，從而也更加有效地減少對環(huán)境的污染。

　　(三)整合教學(xué)模塊，改革實驗內(nèi)容，創(chuàng)新設(shè)計綜合實驗

　　傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)通常分為三大模塊：基本操作模塊、驗證性實驗?zāi)K和合成實驗?zāi)K。基本操作模塊是指化學(xué)實驗的入門操作，比如化學(xué)藥品的存放、反應(yīng)器和容器的加熱蒸餾、計量儀器的使用、玻璃工操作等;驗證性實驗?zāi)K是指各類化合物的性質(zhì)驗證，比如銀鏡反應(yīng)、不飽和烴和溴水的反應(yīng)、酚與三氯化鐵的顯色反應(yīng)等;合成實驗?zāi)K是指考查學(xué)生完成化學(xué)實驗的整套流程，以及設(shè)計并完成綜合實驗的技能，比如樟腦的合成、間硝基苯酚的合成、八溴醚的合成等。目前這三大模塊在教學(xué)安排上較獨立，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生的實驗技能不夠熟練，常犯低級錯誤，因此也更遑論進一步獨立設(shè)計實驗了。另外，由于合成實驗?zāi)K常常由于試劑利用率過低而導(dǎo)致其廢棄后對環(huán)境造成較大污染，嚴(yán)重有悖于綠色化學(xué)的4R原則。如果將這三大模塊有效結(jié)合起來，不僅能夠提高教學(xué)的質(zhì)量，還能為環(huán)境保護做出貢獻。

　　先進實驗技術(shù)的引進、計算機輔助教學(xué)、實驗內(nèi)容的推陳出新、引導(dǎo)學(xué)生選取環(huán)境友好型的化學(xué)試劑、微型化實驗規(guī)模、系列化實驗內(nèi)容等，構(gòu)成了有機化學(xué)“綠色化”的創(chuàng)新改革方向。只有在實驗教學(xué)中，由細(xì)節(jié)入手，深入對比、研究、探索綠色化學(xué)反應(yīng)，加強綠色化學(xué)教育和環(huán)保意識，才有可能從根本上切斷污染源。綠色化學(xué)是進入成熟期的化學(xué)，雖然我們距離“零排放”這個目標(biāo)很遙遠(yuǎn)，與發(fā)達國家也存在差距，但是作為化學(xué)教學(xué)工作者，為環(huán)境減少污染是我們教學(xué)與科研的共同目標(biāo)。

　　參考文獻

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