優(yōu)化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容減少化學(xué)試劑的消耗和污染

【摘要】對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,將循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的3R原則應(yīng)用到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中,可減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)中化學(xué)試劑的消耗,使化學(xué)試劑能回收利用和循環(huán)使用,減少了環(huán)境污染物的排放。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)化學(xué)材料節(jié)約再利用

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)試劑消耗大,在不影響教學(xué)效果的前提下如何減少化學(xué)試劑的消耗,是教學(xué)改革的目標(biāo)之一。筆者將循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的3R(Reduce——減量化、 Reuse——再使用、 Recycle——再循環(huán))原則應(yīng)用到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革中,取得了較好的效果。

一、 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的制定應(yīng)符合人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求?；瘜W(xué)與化工工藝專業(yè)的有機(jī)實(shí)驗(yàn)一般為4學(xué)時(shí),包括性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、制備或合成實(shí)驗(yàn)、分離操作實(shí)驗(yàn)(蒸餾、萃取)等。在不影響教學(xué)效果的前提下,筆者以減少化學(xué)試劑的消耗為出發(fā)點(diǎn),對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化的重點(diǎn)在制備實(shí)驗(yàn)和分離操作實(shí)驗(yàn)部分,因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)選擇的彈性大。通過反復(fù)論證,各實(shí)驗(yàn)之間建立一定的聯(lián)系,通過微型化實(shí)驗(yàn)、連續(xù)多步實(shí)驗(yàn)及試劑的回收使用和循環(huán)使用達(dá)到節(jié)約的目的。當(dāng)然,內(nèi)容的選取不能僅僅是節(jié)約,應(yīng)考慮反映的典型性和操作的代表性,更應(yīng)注重能力的培養(yǎng)。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:有機(jī)化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)(不飽和烴的性質(zhì)、酚的性質(zhì)、醛酮的性質(zhì)等,將性質(zhì)實(shí)驗(yàn)整合在一起);熔點(diǎn)的測(cè)定;有機(jī)化合物的萃取和洗滌;蒸餾實(shí)驗(yàn)(學(xué)習(xí)蒸餾的理論和操作);茶葉中咖啡因的提取(學(xué)習(xí)萃取理論,練習(xí)索氏提取器的使用);綠色植物色素的提取和色譜分離;正溴丁烷的制備(取代反應(yīng),練習(xí)使用有害氣體裝置的回流操作,學(xué)習(xí)液體化合物的干燥方法);對(duì)硝基苯甲酸的制備(氧化反應(yīng),掌握化學(xué)分離、過濾、固體干燥的基本操作);對(duì)硝基苯甲酸乙酯的制備(酯化反應(yīng)和可逆反應(yīng),掌握回流操作、低沸點(diǎn)物質(zhì)的干燥);對(duì)氨基苯甲酸乙酯的制備(硝基還原反應(yīng),練習(xí)萃取、結(jié)晶、乙醚的回收安全操作);聯(lián)苯羰基丙酸的制備(酰基化反應(yīng),綜合實(shí)驗(yàn),掌握無(wú)水操作、水蒸氣蒸餾操作、過濾操作等);阻燃劑的制備和性能測(cè)定等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇為實(shí)現(xiàn)化學(xué)試劑的節(jié)約奠定了基礎(chǔ)。

二、 開展微型化實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)化學(xué)材料的減量化

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有節(jié)省試劑、減少污染、縮短學(xué)時(shí)等優(yōu)越性。但是常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)有各自的優(yōu)勢(shì)和不足,將所有的實(shí)驗(yàn)實(shí)行微型化是不可行的。筆者選擇部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)研究,取得了一定的效果。如正溴丁烷的合成實(shí)驗(yàn),常規(guī)實(shí)驗(yàn)中正丁醇9.2 ml;溴化鈉13克,濃硫酸14 ml,加熱反應(yīng)時(shí)間1小時(shí);微型實(shí)驗(yàn)用量正丁醇1.5 ml,溴化鈉(2 g),濃硫酸2 ml,加熱反應(yīng)時(shí)間0.5 h。微型化實(shí)驗(yàn)不僅減少了正丁醇、溴化鈉、濃硫酸的消耗,而且減少了有毒氣體溴化氫的排放。

三、 設(shè)計(jì)多步連續(xù)化實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)中間產(chǎn)品的再利用

傳統(tǒng)的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn),所合成的產(chǎn)品無(wú)使用價(jià)值便倒入下水道,既浪費(fèi),又污染了環(huán)境。筆者調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,將幾個(gè)實(shí)驗(yàn)連接起來(lái),前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料,這樣既節(jié)約了原料,又減少了污染物的排放。同時(shí),學(xué)生以自己的產(chǎn)品作原料進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn),可迫使學(xué)生從一開始就認(rèn)真操作,設(shè)法提高產(chǎn)率。在制備實(shí)驗(yàn)中,筆者開設(shè)了對(duì)硝基苯甲酸的制備→對(duì)硝基苯甲酸乙酯的制備→對(duì)氨基苯甲酸乙酯的制備,三個(gè)實(shí)驗(yàn)相連接,用自己制備的對(duì)硝基苯甲酸酯化制備對(duì)硝基苯甲酸乙酯,酯化的產(chǎn)品再進(jìn)一步還原制備了對(duì)氨基苯甲酸乙酯,效果非常好。

四、 注重試劑的回收再利用和循環(huán)使用

減少浪費(fèi)的措施之一就是資源的回收利用和循環(huán)利用。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中筆者也作了一定的嘗試。如“茶葉中咖啡因的提取”實(shí)驗(yàn),用95%的乙醇作溶劑,每組需用150 ml,整個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)乙醇的消耗很大,而且95%的乙醇相對(duì)較貴,浪費(fèi)嚴(yán)重。筆者練習(xí)蒸餾操作時(shí)安排了酒精的蒸餾,用的原料是工業(yè)酒精,價(jià)格便宜,而蒸餾得到的產(chǎn)品是95%乙醇,正好可以用于咖啡因的提取。而且提取咖啡因后的乙醇又可以作為蒸餾的原料循環(huán)使用。對(duì)氨基苯甲酸乙酯的制備中用乙醚做萃取劑,用后的乙醚要求學(xué)生蒸餾回收,下一班學(xué)生再使用。這些措施的實(shí)施,既減少了試劑的消耗,又增強(qiáng)了學(xué)生的節(jié)約意識(shí)。

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【作者簡(jiǎn)介]李桂芬(1965-),女,河北南宮人,華北科技學(xué)院環(huán)境工程系副教授,研究方向:基礎(chǔ)化學(xué)的教學(xué)和研究。

(責(zé)編黎原)