導(dǎo)語(yǔ)：實(shí)驗(yàn)化學(xué)綠色化改革分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

實(shí)驗(yàn)化學(xué)是我國(guó)普通高等院校化學(xué)化工、生物、醫(yī)藥、農(nóng)學(xué)、材料、環(huán)境、食品等諸多專(zhuān)業(yè)本科生的必修課程，涉及面非常廣，學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)量多，該課程按照能力培養(yǎng)目標(biāo)主要包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技術(shù)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能培養(yǎng)、合成制備實(shí)驗(yàn)、化學(xué)物質(zhì)的分析等內(nèi)容，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及到了無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)以及物理化學(xué)等基礎(chǔ)課程。開(kāi)設(shè)該課的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的一般原理知識(shí)和通用方法分析解決具體問(wèn)題的能力，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作能力、分析檢測(cè)能力以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。每學(xué)期同時(shí)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)化學(xué)課程的包括不同學(xué)科專(zhuān)業(yè)的班級(jí)有幾十個(gè)，學(xué)生超過(guò)千人，實(shí)驗(yàn)藥品試劑用量大，種類(lèi)繁多。實(shí)驗(yàn)中這些藥品試劑所產(chǎn)生的大量實(shí)驗(yàn)廢棄物，如有機(jī)廢液等，易于揮發(fā)，并且有一定的毒性，隨意排放則會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害。在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們對(duì)部分實(shí)驗(yàn)化學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行綠色化改革，明顯節(jié)約了資源成本，減少了廢棄物排放。綠色化學(xué)[1-2]又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)，環(huán)境友好化學(xué)，清潔化學(xué)，即減少或消除危險(xiǎn)物質(zhì)的使用和產(chǎn)生的化學(xué)品和過(guò)程的設(shè)計(jì)，減少那些對(duì)人類(lèi)健康、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用與產(chǎn)生，其根本目的是從節(jié)約資源和防止污染的觀點(diǎn)來(lái)重新審視和改革傳統(tǒng)化學(xué)，從而使我們對(duì)環(huán)境的治理可以從治標(biāo)中轉(zhuǎn)向治本，綠色化學(xué)的發(fā)展將對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生重大影響。例如，有機(jī)溶劑是最常見(jiàn)的反應(yīng)介質(zhì)，這主要是因?yàn)樗鼈兡茌^好地溶解有機(jī)化合物。但有機(jī)溶劑的毒性和難以回收又使之成為對(duì)環(huán)境有害的因素，因此無(wú)溶劑反應(yīng)、水相反應(yīng)是綠色化學(xué)研究重點(diǎn)，也是我們實(shí)驗(yàn)化學(xué)的重要改革內(nèi)容。

我們主要從常量實(shí)驗(yàn)改小量、微量半微量實(shí)驗(yàn)、水相反應(yīng)和無(wú)溶劑反應(yīng)、溶劑的回收利用、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的串聯(lián)使用等方面進(jìn)行了改進(jìn)，取得了一定成效。在微量半微量實(shí)驗(yàn)方面，我們主要對(duì)甲基橙的制備、香豆素-3-羧酸的制備和內(nèi)型[2.2.1]-2-庚烯-5,6-二羧酸酐的合成進(jìn)行了改進(jìn)，這幾個(gè)合成實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)是產(chǎn)物均為固體，都可以通過(guò)重結(jié)晶進(jìn)行提純，無(wú)需蒸餾等操作，即使進(jìn)行微量半微量改進(jìn)，學(xué)生仍然可以得到相應(yīng)的固體產(chǎn)品。在甲基橙合成實(shí)驗(yàn)中，對(duì)氨基苯磺酸的用量從5mmol降到了1mmol，只需要稱(chēng)取0.21g即可，N,N-二甲基苯胺，亞硝酸鹽，濃鹽酸等試劑也相應(yīng)的減少為原來(lái)的五分之一。最終可以得到大約0.25g左右的甲基橙粗產(chǎn)品，進(jìn)一步重結(jié)晶提純，可得到0.2g左右的產(chǎn)品。

由于醋酸酐是易制毒的管制化學(xué)品，購(gòu)買(mǎi)和使用困難，我們改用水楊醛和丙二酸酯的Knoevengel縮合反應(yīng)制備香豆素-3-羧酸。水楊醛用量由原來(lái)2.5g的常規(guī)用量，減少為0.5g的半微量用量，丙二酸酯、濃鹽酸、催化劑等也相應(yīng)的減少為原來(lái)的五分之一，可以得到0.6g左右的香豆素-3-甲酸酯，然后進(jìn)一步水解酸化，可得到0.4g左右的香豆素-3-羧酸粗產(chǎn)品。在利用Diels-Alder反應(yīng)制備內(nèi)型降冰片的實(shí)驗(yàn)中，常量用量一般為2g馬來(lái)酸酐固體和2mL環(huán)戊二烯，改為微量實(shí)驗(yàn)后，用量分別為0.2g馬來(lái)酸酐固體和0.2mL環(huán)戊二烯，乙酸乙酯和石油醚分別用1.0mL即可。反應(yīng)容器由原來(lái)的燒瓶改為15mL的試管，其他操作不變，最終可以得到0.2g左右的降冰片產(chǎn)品。以上這些實(shí)驗(yàn)均為微量半微量實(shí)驗(yàn)，所用實(shí)驗(yàn)儀器為微量反應(yīng)儀器，體積容量等比常規(guī)實(shí)驗(yàn)要小很多，這對(duì)學(xué)生操作要求更高，需要課前進(jìn)行認(rèn)真預(yù)習(xí)，課上細(xì)心操作，稍有操作不當(dāng)，則不能得到產(chǎn)品。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，微量半微量實(shí)驗(yàn)可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)操作水平。更重要的是，通過(guò)改為微量半微量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所需的藥品、試劑、酸堿等都大為減少，實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的化學(xué)廢棄物也明顯減少，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，大大降低了對(duì)環(huán)境的污染。水相反應(yīng)和無(wú)溶劑反應(yīng)是綠色化學(xué)的重要組成部分，可以減少反應(yīng)中有機(jī)溶劑的消耗量。我們參考查[3]等人的水相合成步驟，并加以改進(jìn)，把水相中Barbier-Grignard反應(yīng)作為一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)。烯丙基溴和活化鋅粉現(xiàn)場(chǎng)生成的有機(jī)鋅試劑可與新蒸的苯甲醛親核加成得到二級(jí)醇產(chǎn)物。本實(shí)驗(yàn)用到萃取、干燥、旋蒸、柱色譜分離等操作，我們把萃取用的乙酸乙酯用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸餾出來(lái)以后，加以收集，用于下個(gè)班級(jí)的萃取之用，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)溶劑的循環(huán)利用，降低了成本，減少了污染。另外，我們參考張等人的報(bào)道[4]，引入了無(wú)溶劑法氧化制備苯甲酸反應(yīng)，通過(guò)該反應(yīng)，學(xué)生了解了綠色化學(xué)中的無(wú)溶劑反應(yīng)，并且可以順利得到苯甲酸固體產(chǎn)物。

在溶劑的回收利用方面，主要對(duì)柱色譜和萃取所產(chǎn)生的廢乙醇、乙酸乙酯、石油醚等溶劑，通過(guò)收集、利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸餾純化以及標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)定等步驟，進(jìn)行回收利用，100多個(gè)班級(jí)實(shí)驗(yàn)所用部分溶劑，有近一半的用量可以使用所回收的溶劑，且不影響實(shí)驗(yàn)效果，每年可以節(jié)省幾十萬(wàn)元溶劑費(fèi)，并且顯著減少了廢液排放。新疆地區(qū)干旱缺水，水是寶貴的不可再生資源。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中，蒸餾和回流是最常用的操作，這都要用到冷凝水。冷凝水實(shí)際上是干凈的自來(lái)水，一節(jié)課回流或者蒸餾30分鐘，即使冷凝水是中等流速，一個(gè)30人的班級(jí)也可消耗900升干凈的自來(lái)水，造成水資源的大量浪費(fèi)。我們?cè)O(shè)計(jì)了串聯(lián)冷凝裝置，同一試驗(yàn)臺(tái)的學(xué)生將所有的回流冷凝管或直型冷凝管用橡膠管進(jìn)行串聯(lián)，只開(kāi)啟一個(gè)水龍頭，這樣自來(lái)水的用量直接降為原來(lái)的四分之一。在冷凝出水口末端，我們用大的儲(chǔ)水裝置儲(chǔ)存流出的冷凝水，用于后續(xù)的儀器洗滌等用途，這進(jìn)一步節(jié)約了水資源，通過(guò)這些改進(jìn)明顯提高了大學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)化學(xué)的綠色化改革研究實(shí)踐，將當(dāng)代綠色化學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)化學(xué)相結(jié)合，通過(guò)微量半微量反應(yīng)、水相/無(wú)溶劑反應(yīng)、以及溶劑、冷凝水回收等創(chuàng)新，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本，節(jié)約了資源，減少了排放。同時(shí)，明顯提高了學(xué)生的操作水平和環(huán)保意識(shí)，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]LiCJ．Tetrahedron，1996，52(16)：5643．

[2]靳通收，王愛(ài)卿，張建設(shè)，等．有機(jī)化學(xué)，2006，26(12)：1723．

[3]查正根，鄭小琦，汪志勇．大學(xué)化學(xué)，2009，24，40．

[4]張明杰，施秀芳．大學(xué)化學(xué)，2003，18：47

作者:杜廣芬 李文娟 蔡志華 馬曉偉 單位:石河子大學(xué)