基于綠色化學理念的《精細有機合成實驗》教學實踐

李 文

(廣西民族大學化學化工學院，廣西 南寧 530008)

應用化學是任何高?；瘜W化工學院必不可少的本科專業(yè)，旨在培養(yǎng)具備扎實化學理論知識且具有較強實驗技能，并能將所學知識和技能應用于科學研究、生產(chǎn)實踐、技術開發(fā)及科技項目管理的人才[1]。應用化學專業(yè)十分注重實驗教學，而《精細有機合成實驗》是廣西民族大學應用化學本科專業(yè)學生，在學習《精細有機合成》理論課程結(jié)束后，專門開設的一門以精細化學品研究與開發(fā)為主要指導內(nèi)容的實驗課程，可為精細化學品生產(chǎn)及開發(fā)打下扎實理論基礎[2-3]?！毒氂袡C合成實驗》課程綜合性和應用性較強，涵蓋內(nèi)容廣泛，包括日用化學品、阻燃劑、醫(yī)藥中間體、涂料、表面活性劑等領域[4]。學生完成《精細有機合成實驗》課程學習后，將對《精細有機合成》課程理論知識理解更深刻、掌握更牢固，專業(yè)技能得到提高、創(chuàng)造意識及創(chuàng)新思維亦得到增強；此外，還培養(yǎng)了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及獨立解決問題的能力，對提高他們的綜合素質(zhì)有重要作用[5]。但在《精細有機合成實驗》課程教學過程中，通常會排放大量種類繁多的有毒有害污染物，對師生健康及生態(tài)環(huán)境造成不利影響。并且精細有機合成實驗所用試劑種類繁多，治理起來極其困難。因此，很有必要將綠色化學理念植入《精細有機合成實驗》課程教學中。

1 綠色化學理念植入《精細有機合成實驗》課程教學的意義

傳統(tǒng)《精細有機合成實驗》課程教學中，學生開展實驗需用到較多有毒有害化學試劑，如酚類、醚類、芳香烴類、酸類、醛類和酮類等化合物[6]。因?qū)嶒炇铱臻g有限，且同時進行實驗人數(shù)較多，產(chǎn)生擴散較大數(shù)量有毒有害物質(zhì)難以避免，勢必對教學環(huán)境造成較大污染，從而降低教學質(zhì)量并影響師生身體健康，亦不利于培養(yǎng)學生實驗安全操作意識。此外，實驗過程產(chǎn)生較大量“三廢”，未經(jīng)嚴格處理，便直接排放到生態(tài)環(huán)境，勢必對人類賴以生存的自然環(huán)境造成持久性危害。綠色化學又稱為“環(huán)境友好化學”、“無害化學”或“清潔化學”，其核心理念為盡量少用或不用有毒有害化學物質(zhì)，減少或避免產(chǎn)生有毒有害廢棄物，實現(xiàn)有害物質(zhì)零排放，從源頭上阻止污染[7]。廣西民族大學應用化學本科專業(yè)是一個側(cè)重實驗教學來提高學生專業(yè)理論知識及綜合素質(zhì)的專業(yè)，而《精細有機合成實驗》又是廣西民族大學應用化學專業(yè)本科學生必修實驗課程之一。因此，將綠色化學理念植入《精細有機合成實驗》課程教學中，對培養(yǎng)具有綠色環(huán)保意識且專業(yè)知識扎實的應用化學專業(yè)人才有重要意義。

2 綠色化學理念植入《精細有機合成實驗》課程教學舉措

2.1 將綠色化學理念滲透至師生意識中

有些應用化學專業(yè)《精細有機合成實驗》課程教師已從教多年，早已形成固定教學模式，要改變其根深蒂固的思維方式較為困難，這使得綠色化學理念很難自然植入教師意識中[8-9]。由于授課教師不具備綠色化學意識，學生亦不會主動將綠色化學理念融入實驗操作中[9]。因此，要將綠色化學理念植入《精細有機合成實驗》課程教學中，應從培養(yǎng)師生綠色化學意識入手。應用化學教研室可組織《精細有機合成實驗》課程教師對綠色化學相關知識理念進行系統(tǒng)培訓，促使教師意識到綠色化學理念的必要性和重要性。教師樹立正確綠色化學意識后，便會主動將綠色化學理念植入《精細有機合成實驗》課程教學中，從而引導學生也樹立綠色化學意識。教師還可以要求學生閱讀一些綠色化學方面的相關書籍文獻或改變傳統(tǒng)教學方式，使學生在開展實驗時更側(cè)重綠色環(huán)保、節(jié)約等細節(jié)，將綠色化學理念深深植入師生意識中[8-9]。

2.2 將綠色化學理念融入實驗教學內(nèi)容中

傳統(tǒng)《精細有機合成實驗》教材為追求實驗內(nèi)容代表性、典型性及可重復性，易忽略實驗過程產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)對師生身體健康及周圍生態(tài)環(huán)境帶來不利影響[6]。因此，在設計《精細有機合成實驗》教學內(nèi)容時，應以綠色化學理念為指導思想，在達到理論深度要求前提下，盡可能選擇綠色無污染或污染少的實驗作為教學內(nèi)容，應遵循以下原則：(1)為從源頭防止污染，盡可能選用綠色無毒反應原料、催化劑及溶劑；(2)盡量采用綠色實驗路線，避免實驗過程產(chǎn)生有毒有害化學物質(zhì)危害師生身體健康和污染周圍生態(tài)環(huán)境；(3)為體現(xiàn)綠色化學經(jīng)濟性，在確保實驗結(jié)果準確前提下，可通過計算各反應原料配比，盡可能減少化學藥品用量，使反應原料最大限度轉(zhuǎn)變成目標產(chǎn)物；(4)迫不得已時，也應盡可能遵循低毒、低能耗原則，篩選實驗教學內(nèi)容。

2.3 妥善處理實驗過程產(chǎn)生的廢棄物

在《精細有機合成實驗》課程教學中，產(chǎn)生一些有毒有害物質(zhì)難以避免。這些物質(zhì)成分復雜，直接排放不僅對周圍生態(tài)環(huán)境造成較大污染，還會危害師生及周圍人群身體健康[8]。此外，任意排放實驗過程中產(chǎn)生的“三廢”還會淡化學生環(huán)保意識[7]。因此，實驗結(jié)束后，應鼓勵并指導學生利用所學專業(yè)知識對實驗過程產(chǎn)生的“三廢”進行循環(huán)利用[10]。如：可將實驗過程產(chǎn)生的有毒有害氣體采用吸收、中和等方式進行凈化處理；對于有機廢液中的有機溶劑，可通過蒸餾的方式回收利用；因?qū)嶒灢僮魇д`導致破損的玻璃器皿，可將其敲碎用作做沸石，這樣不僅提高學生環(huán)保意識，還培養(yǎng)學生勤儉節(jié)約的品質(zhì)[11]。使學生在實驗室中，做到少污染、少浪費，使實驗內(nèi)產(chǎn)品形成鏈式利用的良性循環(huán)。對于實在處理不了的一些固液廢棄物，應分類收集，并密封存放，定時與相關環(huán)保單位聯(lián)系到實驗室收取，進行集中處理[12]。

2.4 開展微量化實驗

微量化實驗是用盡可能少的化學試劑參與反應，以獲取明顯實驗效果，具有實驗成本低、反應時間短、操作安全及綠色環(huán)保等優(yōu)勢，是目前國際上公認最能體現(xiàn)綠色化學理念的一種新型實驗方法[13]?，F(xiàn)代科學實驗發(fā)展已然進入超小規(guī)模階段，特別是微型化成套化學反應實驗儀器的問世，早已使實施微量化實驗成為可能。微量化實驗在確保同樣實驗效果前提下，既節(jié)省了藥品，又減少了“三廢”排放，還能向?qū)W生傳授環(huán)保且經(jīng)濟的實驗教學新理念[6]。因此，實施微量化實驗是將綠色化學理念植入《精細有機合成實驗》課程教學最為有效途徑之一。

2.5 利用現(xiàn)代虛擬仿真技術模擬化學反應過程

應用現(xiàn)代先進虛擬仿真技術，模擬精細有機合成實驗化學反應過程，具有方便快捷、實驗現(xiàn)象明顯、綠色無污染等優(yōu)勢，不僅可以避免過多的實驗消耗，還能預防實驗過程產(chǎn)生“三廢”對周圍生態(tài)環(huán)境及師生健康造成不利影響。在模擬實驗原理、實驗裝置及實驗過程時，還能配以文字、圖片、聲音及視頻效果，使學生身臨其境[6]。而且任課教師還可在一旁講解實驗過程所涉及的化學反應內(nèi)部機理，使精細有機合成實驗完全實現(xiàn)綠色化的同時，還能讓學生獲得較好學習效果。

3 結(jié) 語

綠色化學理念是當前社會可持續(xù)發(fā)展觀重要內(nèi)容之一，亦是應用化學本科專業(yè)學生應當具備的重要環(huán)保理念?；瘜W實驗綠色化亦是當前國內(nèi)外化學化工類相關專業(yè)課程改革重要方向，提高學生綠色化學研究能力是21世紀國內(nèi)外各高等院校人才培養(yǎng)重要目標之一。在《精細有機合成實驗》課程教學改革中，應植入綠色化學新理念，積極探索綠色化實驗教學新模式，讓學生樹立積極環(huán)保意識，客觀看待科學發(fā)展過程帶來的利與弊，以便在今后工作及生活中自覺踐行綠色化學新理念，為保護人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境作出貢獻。