有機化學(xué)實驗教學(xué)中合成實驗反應(yīng)進程的探討*

門健 田曉紅 付海燕 孫亮 馬恩龍 劉昌蕾 高國偉

(四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院四川大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心四川成都610064)

有機化學(xué)實驗教學(xué)中合成實驗反應(yīng)進程的探討*

門健 田曉紅 付海燕 孫亮 馬恩龍 劉昌蕾 高國偉＊＊

(四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院四川大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心四川成都610064)

對現(xiàn)行有機化學(xué)實驗教材中合成實驗反應(yīng)進程的監(jiān)控和反應(yīng)終點的判斷問題進行了探討，并以呋喃甲醇和呋喃甲酸的制備實驗為例提出了對現(xiàn)行有機化學(xué)實驗教材中合成實驗的修改建議。

化學(xué)實驗在化學(xué)教學(xué)中起重要的作用?；瘜W(xué)實驗教學(xué)的目的不僅是傳授化學(xué)知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)化學(xué)理論和規(guī)律分析問題和解決問題的能力，進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［1］。從中學(xué)到大學(xué)，很多學(xué)生具有較豐富的理論知識和較強的自學(xué)能力，但比較欠缺分析問題和解決問題的能力，而化學(xué)實驗課程是將理論與實踐相結(jié)合的好方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生從“高分低能”到“高分高能”。

有機化學(xué)實驗是有機化學(xué)教學(xué)的重要組成部分。一個有機反應(yīng)能否進行，反應(yīng)進行的程度如何，何時反應(yīng)完全，是進行有機實驗時必須考慮的基本問題。解決這些問題的途徑之一是監(jiān)控反應(yīng)的進程。因此，監(jiān)控反應(yīng)是有機化學(xué)實驗的必要環(huán)節(jié)，也是有機化學(xué)實驗教學(xué)的重要方面。在現(xiàn)行有機化學(xué)實驗教學(xué)中，雖已提及薄層色譜可用于監(jiān)控反應(yīng)，卻沒有相應(yīng)的實驗操作可供學(xué)生練習(xí)。因此，可對現(xiàn)行有機化學(xué)實驗教學(xué)中薄層色譜部分進行相應(yīng)的修改和補充。

用薄層色譜片對反應(yīng)進行監(jiān)控，當(dāng)?shù)孜锖蜕晌锒际怯猩衔飼r，可用肉眼進行觀察。但是，絕大多數(shù)有機化合物都是無色的，這時就必須考慮顯色的問題。常用的顯色辦法有紫外顯色法和碘蒸氣顯色法等。其中，紫外顯色法因方便易行而受到廣大科研工作者青睞。紫外顯色法是用摻有熒光劑的固定相材料(如硅膠GF254和氧化鋁F等)制版，展開后用紫外線照射展開的干燥薄層板，由于板上的有機物吸收紫外線，使板上出現(xiàn)相應(yīng)的色點，從而被觀察到。但此方法僅限于具有共軛基團的物質(zhì)的顯色。如果一個反應(yīng)中既沒有有顏色的物質(zhì)，也沒有具有共軛基團的物質(zhì)，便不能用上述方法達到目的。這時，可采用碘蒸氣顯色的辦法讓本身無色的有機物與升華產(chǎn)生的碘蒸氣形成有色的締合物，完成顯色。對于特殊的有機物，常使用專用的顯色劑顯色。總之，很多有機物都可以用以上幾種方法達到顯色的目的，從而實現(xiàn)對反應(yīng)進程的監(jiān)控。

基于此，建議將上述監(jiān)控反應(yīng)的方法引入到基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗教學(xué)中，讓學(xué)生自己判斷反應(yīng)能否發(fā)生，反應(yīng)進行的程度如何，何時進行完畢，而不再是由教師告訴學(xué)生反應(yīng)多長時間或按教材寫的反應(yīng)時間(或現(xiàn)象)停止反應(yīng)，這有助于避免學(xué)生照方抓藥的習(xí)慣，對啟發(fā)學(xué)生的思維，提高學(xué)生的觀察能力和創(chuàng)新能力都有意義。

為了探討這一問題，現(xiàn)以化學(xué)工業(yè)出版社出版的《大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗》［2］中的《呋喃甲醇和呋喃甲酸的制備》為例，探討如何監(jiān)控一個有機化學(xué)合成實驗反應(yīng)進程和判斷反應(yīng)終點。

在實驗教材中，呋喃甲醇和呋喃甲酸是通過呋喃甲醛發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)制備而得。在這一反應(yīng)中，無法用肉眼來觀察反應(yīng)物呋喃甲醛的消失，而且呋喃甲醛必須反應(yīng)完全，否則，用一般蒸餾方法將很難分離呋喃甲醛和呋喃甲醇的混合物。對具體實驗而言，實驗教材只給出了反應(yīng)的時間，但在實際實驗過程中，由于種種原因，每位學(xué)生完成反應(yīng)的時間是不同的，這就使學(xué)生無法準確判斷反應(yīng)究竟進行到什么程度，也無法準確判斷反應(yīng)終點。此外，該反應(yīng)中對溫度的控制將直接影響反應(yīng)的效果和產(chǎn)率，但溫度偏高究竟會對反應(yīng)產(chǎn)生什么影響，學(xué)生只能從理論上加以了解，無法從實驗中獲得直觀信息。

基于此，我們嘗試了將薄層色譜引入該實驗，這樣既可以監(jiān)控反應(yīng)進行的程度和判斷反應(yīng)進行的終點，還可以直觀地看到溫度控制的重要性。溫度過高，副反應(yīng)增多，薄層板上反應(yīng)液的點明顯增多;如果溫度控制在8～12℃，副反應(yīng)少，反應(yīng)液顏色較淺，反應(yīng)液在薄層板上的點也相對較少。此外，由于該反應(yīng)是低溫反應(yīng)，只需觀察反應(yīng)物的消失，便可立即停止反應(yīng)，否則，反應(yīng)副產(chǎn)物將明顯增多。而在這一低溫反應(yīng)中，只需要監(jiān)控反應(yīng)物呋喃甲醛反應(yīng)完全就可確定反應(yīng)終點。通過對呋喃甲醛的點板條件的選擇發(fā)現(xiàn)，用V(乙酸乙酯):V(石油醚)=3:2的混合溶劑作為展開劑，在波長為254nm紫外熒光燈下可觀察到反應(yīng)液在GF254硅膠薄層色譜板展開的結(jié)果(圖1)。

圖1 呋喃甲醇和呋喃甲酸的制備實驗反應(yīng)進程的監(jiān)控

可見，通過薄層色譜監(jiān)控反應(yīng)進程和判斷反應(yīng)終點，不僅可以準確判斷反應(yīng)終點，便于學(xué)生高效分離提純目標產(chǎn)物，還可以加深反應(yīng)條件對一個有機反應(yīng)影響的認識。

綜上所述，在有機化學(xué)實驗中，監(jiān)控反應(yīng)進程和判斷反應(yīng)終點是很必要的。通過對反應(yīng)進程進行監(jiān)控，可以訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和觀察能力，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的基本素質(zhì)和能力。

［1］ 戴安邦.大學(xué)化學(xué)，1989，14(1):1

［2］ 吳江.大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005

四川大學(xué)實驗技術(shù)項目立項(07-54)

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