孫世清， 金 鑫， 姜 輝 ，王立波

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院，吉林 132101)

綠色化學(xué)( Green Chemistry) ，又稱環(huán)境無害化學(xué)( Enviromental Benign Chemistry) 和清潔化學(xué)(Clean Chemistry)，它是1991年美國環(huán)境保護(hù)署提出的，自1995年被美國正式采用后，現(xiàn)已被國際學(xué)術(shù)界所公認(rèn)[1]。綠色化學(xué)核心理念就是不使用有毒有害的物質(zhì)，不產(chǎn)生有毒有害的廢棄物，生產(chǎn)對環(huán)境無害的綠色產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)有害物質(zhì)的零排放，力爭從源頭上阻止任何污染[2]。因此在高等學(xué)校的教學(xué)中滲透綠色化理念是十分必要和可行的。“綠水青山就是金山銀山”就是綠色化理念的一種體現(xiàn)，即保護(hù)環(huán)境，減少污染。在農(nóng)業(yè)類高校中有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)如何實(shí)現(xiàn)綠色化既是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的重要組成部分，也是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的課題。

1 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的必要性和可行性

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課。由于教學(xué)和科研的需求，每學(xué)期都有大量教師和學(xué)生在做各種有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常使用一些有一定毒性的、腐蝕性的試劑和溶劑，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中還會產(chǎn)生廢氣、廢液、廢渣等，如果處理不當(dāng)就會影響身體健康，還會對環(huán)境產(chǎn)生持久的危害。另外，一些實(shí)驗(yàn)室缺乏科學(xué)管理，有些教師在實(shí)驗(yàn)課上不夠認(rèn)真，對學(xué)生督查不嚴(yán)格，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中也缺乏相關(guān)的環(huán)保意識，實(shí)驗(yàn)中藥品任意取用，實(shí)驗(yàn)廢液隨意傾倒等。一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)合理也導(dǎo)致了不必要的浪費(fèi)和環(huán)境的污染[3]。因此，在加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科學(xué)管理、合理安排基礎(chǔ)上，還要積極開展綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，并通過實(shí)驗(yàn)課教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生綠色化理念，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展的意識，嚴(yán)格控制學(xué)生取藥劑量及實(shí)驗(yàn)后廢液廢渣的收集和處理。

2 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中加強(qiáng)學(xué)生綠色化理念培養(yǎng)和養(yǎng)成

化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念和意識的重要環(huán)節(jié)。首先任課教師在思想上、認(rèn)識上要重視起來，要在課堂講解和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中將綠色化學(xué)的理念逐漸進(jìn)行滲透，潛移默化地對學(xué)生產(chǎn)生影響。其次在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中讓學(xué)生知道有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，可能對自身和環(huán)境產(chǎn)生的危害性，使學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，提高學(xué)生的綠色環(huán)保意識，逐步形成綠色化學(xué)理念[4]。第三要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，充分了解本次實(shí)驗(yàn)的原理，實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目的，認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟以及本次實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。通過網(wǎng)上查找資料了解本次實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)藥品的物理性質(zhì)和部分化學(xué)性質(zhì)，特別是所用藥品是否有毒性、毒性的強(qiáng)弱、中毒途徑有哪些、如何預(yù)防等。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的物理性質(zhì)，特別是其毒性對環(huán)境的污染，實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的廢物應(yīng)當(dāng)如何處理等。讓學(xué)生意識到其對身體健康及環(huán)境的危害性，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)行為習(xí)慣和安全環(huán)保意識，規(guī)范學(xué)生基本操作方法，盡可能減少和避免取樣過程中藥品的揮發(fā)、灑落、不按要求稱量等。

3 實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的途徑

3.1 合理安排實(shí)驗(yàn)順序

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，肩負(fù)著對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)與訓(xùn)練，是為后續(xù)實(shí)驗(yàn)課乃至于以后的工作打基礎(chǔ)的。這就要求在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中要教會學(xué)生常用玻璃儀器和設(shè)備的認(rèn)知和使用，基本操作技能的訓(xùn)練和考核。因此，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成兩部分：基本操作技能的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)；有機(jī)合成和天然產(chǎn)物提取實(shí)驗(yàn)(含基本操作技能的訓(xùn)練和考核內(nèi)容)。刪除了性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，如:熔沸點(diǎn)(微量法)測定技術(shù)，重結(jié)晶技術(shù)、乙醇的分餾技術(shù)等實(shí)驗(yàn)中教會學(xué)生掌握基本操作的技術(shù)，要求學(xué)生既要知道所用儀器的名稱，還要知道使用方法、操作手法及使用的注意事項(xiàng)。而儀器設(shè)備的具體使用訓(xùn)練和考核則安排在有機(jī)合成和天然產(chǎn)物提取實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練中做到由簡到繁，循序漸進(jìn)，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握。同時(shí)在保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下，在實(shí)驗(yàn)試劑的選擇上則盡可能選擇污染性小、毒性低、易處理的試劑。如在實(shí)驗(yàn)中能用水做溶劑的絕不用其它有機(jī)溶劑，能用乙醇的就不用甲醇等，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化，最大程度從源頭上減少污染的產(chǎn)生。

3.2 推廣微型化、減量化實(shí)驗(yàn)

近些年來，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化是一個發(fā)展的大趨勢，既節(jié)省了藥品又減少了“三廢”的排放，減少了對環(huán)境的污染。微型化實(shí)驗(yàn)所需試劑用量少、污染少，可降低藥品的損耗，減少環(huán)境的污染，是很值得推廣的。因此，結(jié)合學(xué)校的實(shí)際，在保證實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，在部分合成實(shí)驗(yàn)中采用試劑減量化，儀器小型化[5]。例如：將燒瓶容積由250 mL換成100 mL或50 mL，同時(shí)相應(yīng)的藥品也進(jìn)行減量。這樣減少了試劑的消耗量，又完成了基本操作技能培訓(xùn)，也降低了“三廢”的排放，取得事半功倍的效果。

3.3 整合部分合成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將之連續(xù)化

有機(jī)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，肩負(fù)著重要任務(wù)，就是將剛剛學(xué)習(xí)到的基本操作技能技術(shù)在有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行應(yīng)用，通過有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)來訓(xùn)練和考核學(xué)生基本操作技能的掌握程度和熟練程度，但各個合成實(shí)驗(yàn)一般都是獨(dú)立進(jìn)行，互不相連，學(xué)生基本操作技能的掌握程度難于考核，此外有些合成實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品又可以做另一實(shí)驗(yàn)的原料。因此，將部分有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合成循環(huán)式實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容連續(xù)化[6]。例如：將制備環(huán)己醇、環(huán)己烯、己二酸三個獨(dú)立的合成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合成連續(xù)實(shí)驗(yàn)，即：將環(huán)己醇→環(huán)己烯→己二酸串成一個大的合成實(shí)驗(yàn)。前一步的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品為下一步實(shí)驗(yàn)的主要原料，通過每步的產(chǎn)量可以判斷出該組學(xué)生的基本操作技能掌握情況和熟練程度，既節(jié)約了原料，也減少了“三廢”排放，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

3.4 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品重復(fù)利用

以往實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品一般都不進(jìn)行回收，多數(shù)成為廢棄物而被扔掉，既產(chǎn)生了浪費(fèi)又污染了環(huán)境。在綠色環(huán)保理念的指導(dǎo)下，在每個實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)對每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行回收，同時(shí)向?qū)W生提問回收的產(chǎn)品目的、用途，作為實(shí)驗(yàn)課后的思考題，要求學(xué)生尋找答案并在下次實(shí)驗(yàn)課時(shí)進(jìn)行抽查。這樣可以督促學(xué)生由被動的學(xué)習(xí)逐漸向主動學(xué)習(xí)發(fā)展，擴(kuò)展學(xué)生的發(fā)散思維，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。還可以極大程度地提高藥品的利用率，加深學(xué)生對所做過的實(shí)驗(yàn)的印象，同時(shí)還教育學(xué)生要勤儉節(jié)約和保護(hù)環(huán)境。例如，乙酰苯胺合成實(shí)驗(yàn)中的產(chǎn)物乙酰苯胺，可以作為下一年級學(xué)生基本操作部分“熔點(diǎn)的測定”“重結(jié)晶”實(shí)驗(yàn)中的藥品；甲基橙的制備實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品甲基橙，經(jīng)過處理后，可以作為無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的指示劑等[7]。

3.5 選擇性引進(jìn)新的研究成果，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教材中編寫的有機(jī)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)是與有機(jī)化學(xué)理論教材內(nèi)容相匹配的，是滿足有機(jī)化學(xué)理論的基本條件。但很多合成實(shí)驗(yàn)都存在產(chǎn)率低、污染大、實(shí)驗(yàn)方法落后的問題。因此很多教師都在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究，取得了較好的成果。將那些效果好、產(chǎn)量高、原料利用率高、污染少的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成果引進(jìn)到具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，同時(shí)開設(shè)對比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身感受到實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的成果，使學(xué)生對探索未知產(chǎn)生興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，為大學(xué)生科技創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。如乙酸乙酯的合成實(shí)驗(yàn)中，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中使用腐蝕性很強(qiáng)的濃硫酸作催化劑，改用FeCl3或NaHSO4等固體作催化劑(要求學(xué)生上網(wǎng)查找乙酸乙酯制備論文，從中找出所用的催化劑，提前兩周提出，只要實(shí)驗(yàn)室有的就滿足學(xué)生)；己二酸的制備實(shí)驗(yàn)將KMnO4改用H2O2或FeCl3等。

3.6 引用網(wǎng)絡(luò)資源，借助微信功能強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

“互聯(lián)網(wǎng)+”信息時(shí)代下，微信是人們進(jìn)行交流的常用方式，將微信引進(jìn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，建立有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微信群，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前在群中發(fā)出消息，給出預(yù)習(xí)的實(shí)驗(yàn)題目和預(yù)習(xí)內(nèi)容，要求學(xué)生到網(wǎng)絡(luò)上觀看有關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻并完成預(yù)習(xí)報(bào)告，還特別強(qiáng)調(diào)在預(yù)習(xí)報(bào)告中要將實(shí)驗(yàn)所用的藥品及產(chǎn)品的熔沸點(diǎn)、揮發(fā)性、毒性、溶解性及實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢品如何處理體現(xiàn)出來，為實(shí)驗(yàn)完成后的廢品處理做準(zhǔn)備。還可以利用微信隨時(shí)解答學(xué)生提出的問題，進(jìn)行有關(guān)知識的補(bǔ)充和延伸，滿足學(xué)生的各種需要。

3.7 引進(jìn)新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)效率

現(xiàn)階段在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常用到的新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要有微波技術(shù)和超聲波技術(shù)。這兩種新技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、操作方便、時(shí)間短 、產(chǎn)率高、用量少、副反應(yīng)少、產(chǎn)率高、無污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到有機(jī)合成中，有研究表明，微波和超聲輻射可以應(yīng)用到有機(jī)合成反應(yīng)的大部分領(lǐng)域[8]。因此，在有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)引進(jìn)微波或超聲輔助實(shí)驗(yàn)，與其他傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法作對比試驗(yàn)，使學(xué)生真正感受到新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，例如將合成阿司匹林改為微波輔助法等。

3.8 設(shè)立模擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)在大二時(shí)開設(shè)的一門實(shí)驗(yàn)課，受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容較少，僅僅能滿足對學(xué)生進(jìn)行基本操作技能的訓(xùn)練要求，再加上實(shí)驗(yàn)室的條件限制，那些實(shí)驗(yàn)條件要求高、所用藥品揮發(fā)性強(qiáng)、毒性大、實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備比較昂貴的實(shí)驗(yàn)等都無法對學(xué)生開設(shè)。因此，學(xué)校設(shè)立計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)室是必要的。由于是虛擬實(shí)驗(yàn)操作，可以不受實(shí)驗(yàn)條件、藥品、儀器的限制，學(xué)生可以通過仿真實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)課上不能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，補(bǔ)充學(xué)生實(shí)驗(yàn)技術(shù)的短板。利用多媒體技術(shù)將視頻和動畫引入仿真實(shí)驗(yàn)中，對實(shí)驗(yàn)原理、裝置、步驟、實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行仿真，還可設(shè)計(jì)違反實(shí)驗(yàn)要求的不當(dāng)操作，讓學(xué)生看到不良操作的后果，還可以將學(xué)生拍攝的實(shí)驗(yàn)視頻放到計(jì)算機(jī)中，讓學(xué)生進(jìn)行挑錯并記錄成績[9]。還可以將實(shí)驗(yàn)廢棄物的危害模擬展示出來，讓學(xué)生更加直觀地感受到其危害。使學(xué)生從思想上認(rèn)識到環(huán)境污染的危害，保護(hù)環(huán)境的重要性，從思想上更加容易接受綠色化學(xué)的理念，更有利于促進(jìn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綠色化。

4 實(shí)驗(yàn)的廢液和廢渣處理

4.1 廢液處理

將每次實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的廢液進(jìn)行統(tǒng)一收集，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，安排學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的廢液進(jìn)行無害化處理。例如乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品乙酸乙酯收集到試劑瓶用作后續(xù)實(shí)驗(yàn)的溶劑，同時(shí)對粗乙酸乙酯提純過程中每次分液的廢棄液進(jìn)行合并，再分離出乙酸乙酯，然后加入強(qiáng)堿NaOH或Ca(OH)2(可以用咖啡因提取升華廢棄物)進(jìn)行中和處理(PH在7～8之間)，然后倒入廢液桶中放置一段時(shí)間后再排入下水中。再如乙醇分餾實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品乙醇，收集后一部分重新配成50%乙醇做分餾的原料，一部分還可以作為酒精燈的燃料。對于無法回收利用的廢液，收集到專用桶中，每學(xué)期結(jié)束后送到指定地點(diǎn)進(jìn)行生化處理。

4.2 廢渣處理

實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的固體廢棄物主要有固體催化劑、沸石、固體產(chǎn)物，廢棄的催化劑、沸石采用溶劑清洗，回收再利用，而固體產(chǎn)物進(jìn)行提純處理后用做其它的實(shí)驗(yàn)的原料。不能再利用的廢棄物放到指定的容器內(nèi)在指定地點(diǎn)進(jìn)行無害化處理[10]。

5 結(jié) 語

通過綠色化理念指導(dǎo)下的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的嘗試，在實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的前提下，在實(shí)驗(yàn)過程中減少藥品的浪費(fèi)，減少廢棄物的產(chǎn)量，也減少了污染，對學(xué)生形成并滲透綠色化理念，培養(yǎng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)驗(yàn)的積極性、主動性。在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)不斷研究和探索綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，改進(jìn)或改造有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從源頭上杜絕污染物的排放，徹底實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。