＊刘 蕴

（江苏师范大学化学与材料科学学院 江苏 221116）

有机化学是一门研究有机物的学科，它和人类生活有着极为密切的关系。最初，有机物是指由动物有机体得到的物质，人工合成有机物被认为是不可能实现的，这被称为“生命力”学说。1854年，柏赛罗合成了油脂，“生命力”学说才彻底被否定，从此有机化学进入了合成的时代。进入20世纪，有机合成发展迅速，其研究成果广泛应用于各个领域，加快了石油化学、塑料、纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、农药、化肥、合成洗涤剂和感光材料等工业发展，同时也促进了生物学的发展。

虽然有机合成的发展对社会进步至关重要，但同时也给环境造成了较为严重的污染，使原来的青山绿水变的千疮百孔，并威胁到人民的身体健康。因此如何在保证工业发展的同时，有效地控制有机物的污染成为了世界各国必须尽快解决的一个问题。在治理污染的过程中，人们逐步认识到最佳的环境保护方法是从源头上防止污染的产生。1998年，保罗-阿纳斯塔斯首次提出了绿色化学的概念。作为一种从源头上防止环境污染的重要策略和手段，绿色化学目前已经得到全世界范围内的响应。绿色化学的核心理念主要包括：在反应过程中选择绿色安全的溶剂来进行反应；涉及的化学合成方法应尽量防止废物的产生，从而无需进行废物的处理；采用步骤少和经济性高的合成路线，避免使用保护基，减少反应的中间环节，降低产物损耗；使用可再生的原料而非消耗型原料来进行反应；使用催化剂而非当量试剂来促进反应的发生，通过催化反应将废物的量降到最低等。通过这些手段，可以从反应源头上控制污染源的生成[1]。

当代大学生是社会建设的中坚力量和未来社会的主人翁，让他们在有机化学实验的学习中牢固树立绿色化学理念，对于社会进步是至关重要的。我国高校开设的有机实验课程一般分为两个阶段。第一阶段是学习有机化学的基本操作，重点学习有机物的提取与纯化方法以及有机物的性质测定手段，主要内容包括萃取、蒸馏、重结晶、熔点测定、折射率的测定等。第二阶段是综合性更强的有机合成实验，学习应用基本操作来制备重要的化工原料和具有药物活性的有机物，从而帮助学生深刻理解有机化学的基本理论，培养学生的实际动手能力和良好的实验习惯，使其具备严谨务实的科学作风，为今后从事有机化学相关工作打下坚实基础。第二阶段的有机合成实验是整个大学阶段有机实验教学的核心内容。但是，作者发现，目前的有机合成实验教学对绿色化学理念的讲述还不够深入，造成大学生绿色化学观念缺失严重，有必要在教学中进行改进，从而提高整体的教学质量[2-4]。

1.当前高校实验教学中存在的绿色化学观念缺失问题

A.水在自然界广泛存在，廉价易得；B.水没有毒性，对环境没有伤害，绿色环保；C.水没有可燃性，不能燃烧，安全性高。

作者对所带一个班级的42位化学专业本科生进行了两项问卷调查。问卷1让同学们说一下和常规有机溶剂相比，水作为反应溶剂的优势（表1）。问卷2让学生列举绿色化学的基本要求（表2）。结果发现，很多同学回答不全面，甚至完全回答不出来。基于上述调查结果，笔者认为目前国内高校对绿色化学理念的强调还不够，造成大学生的绿色化学意识较为淡薄。这迫切需要大学教师在教学过程中对绿色化学的观点进行强化，让大学生建立起绿色化学的基本理念和思想。

表1 水作为溶剂优点的调查结果

表2 绿色化学基本要求的调查结果

A.采取毒性小的原料；B.采用无污染的溶剂；C.采用无毒无害的催化剂；D.提高原料的转化，减少反应中间环节，减少副产物。

2.有机实验教学方式的改进

(1)授课内容的选择

在实验教学中融入绿色化学理念，首先可以对教学内容进行必要调整。作者认为，实验教学可以适当延长实验课程的时间，多采用一些多步合成反应。众所周知，如果实验室中长时间放置大量药品不用，会影响实验室的空气质量。时间一长，还可能导致药品变质，甚至引发安全事故。如果能够将原料的合成和进一步反应结合起来，将大大减少药品的存放时间，保证化学实验的环保性和安全性。例如通过对羟基苯胺合成对羟基乙酰苯胺（解热镇痛药扑热息痛）的反应中，原料苯胺具有较强的毒性，且容易被空气氧化，不适宜长期保存。教师可以设计一个多步反应，首先让学生通过对硝基苯酚来合成对羟基苯胺，随后让学生用自己合成出来的原料和乙酸酐进行乙酰化反应，从而实现合成的目的（图1）。这样做一方面丰富了实验内容，另一方面避免了药品的长期存放，减少了苯胺对实验室环境和学生身体健康的影响，在潜移默化中向学生灌输了绿色化学理念，并且让学生很有成就感，对合成实验产生浓厚的兴趣。

图1 扑热息痛的制备

(2)授课过程

教师在教学过程中，要从教材中找到绿色化学的切入点，向学生讲述实验过程中符合绿色化学理念的地方。比如在利用苯甲醛和对氯苯乙酮合成查尔酮的实验教学中，需向学生强调实验过程中碱的使用是催化剂量的，只是在反应开始时引发了反应的发生。反应过程中生成的负离子2完全可以使剩余的苯乙酮进一步烯醇化生成中间体1（图2）。加入大量的氢氧化钠会导致试剂的浪费，不符合绿色化学的要求。

图2 查尔酮的制备

又如在进行“扑热息痛的制备”实验中，需要对产物进行重结晶，这个操作可采用水或乙醇进行重结晶（图1）。此时教师需要对学生阐明水作为重结晶溶剂的诸多优点，包括降低反应成本，保护环境，减少溶剂燃烧等潜在危险。这样学生以后进行重结晶实验时，会自然而然地考虑是否可以采用水作为溶剂进行相关反应或后处理。

(3)添加原料的过程

学生在实际操作中，为了追求实验结果，有时会刻意提高原料的投放量，同时在产物的处理过程中较为随意，造成产品大量损耗和试剂的浪费。这些不良现象需要教师进行正确有效地引导。教师在保证实验结果的前提下，应进行微量或半微量实验，严格控制试剂的投放量；重结晶时尽可能减少母液中残留的产物；产物洗涤时尽可能减少洗涤液的用量。一方面，这样能规范学生节约试剂的意识，避免浪费现象的发生；另一方面，强化了试剂的利用效率，体现了绿色化学实验的特点。如在水中制备己二酸的实验，己二酸的产量相对较低，且在水中有一定的溶解度，如果操作不当很容易失败。此时一些同学会加大投入原料，带来的后果是在后处理时需要加入大量的盐酸，来中和生成的己二酸钾，使之变成己二酸沉淀出来，从而造成试剂的浪费。此时教师应给学生强调操作细节，如控制水的用量、环己醇的滴加速度和反应的温度，确保反应进行完全。教师要给学生树立正确的实验观念，即通过对实验的精准控制，完全可以得到理想的反应结果（图3）[5]。

图3 己二酸的制备

(4)副产物和废液的处理

实验过程中，教师应该要求学生严格按照规范操作来处理副产物，避免反应对环境和人身造成危害。如在进行“溴丁烷的制取”实验时，由于溴化氢具有挥发性并具有刺激性气味，会对环境造成影响，教师要向学生强调实验尾气的处理方法，在保证体系和大气相通的情况下使用碱液进行吸收（图4）。在此基础上，教师可以很自然地引出绿色化学的一个观点，即控制反应物的用量，尽可能减少有害副产物的生成，从而简化实验的后处理过程。此外还可以引导学生思考，能否找到更加环保的原料作为氢溴酸替代物进行正丁醇的卤代，从而完全省略掉尾气吸收的环节。通过这样的教学方式，提高大学生探索新的绿色有机反应能力。

图4 溴丁烷的制取

此外，有机合成实验中往往产生大量污染环境的有机废液。过去这些废液往往是收集起来，花费不菲的价格运到专业的机构进行处理。其实，这些废液完全可以让学生在实验室里通过简单蒸馏进行回收再利用。处理废液虽然会给学生增加一些工作量，但这是培养大学生绿色化学理念的绝佳机会，养成回收有机溶剂的习惯。例如在制备查尔酮的实验中，需要用乙醇作为溶剂，这个过程会产生大量的乙醇废液（图2）。实验完成后，教师可以将乙醇废液收集到一起，组织学生采用蒸馏法重新得到可循环使用的乙醇溶剂[6]。

(5)课后练习和拓展

在课后，师生可利用网络平台进行交流。教师主导群内讨论，解答学生的各种疑问。通过网络平台，教师可以指导学生充分利用线下和线上资料，学习国内外经典有机化学实验教材中的相关内容[7-8]，找出这些教材中对相同产物所使用的合成方法有哪些不同，并在群里展开讨论，比较不同方法的优缺点，具体包括原料、溶剂、反应步骤、反应的后处理等具体反应条件。如苯胺的乙酰化，既可以使用乙酸酐为原料，也可以使用冰醋酸为原料，教师可以让学生比较乙酸酐和乙酸两者价格上的差别，生成副产物的区别（冰醋酸生成水，而乙酸酐生成乙酸），产率的高低，反应的难易程度，从而判断不同反应的优劣之处（图5）[9]。

图5 不同合成路线的优劣比较

(6)课程考核

对于有机合成实验的课程考核方式，教师也可以做一些改进。目前的课程考核主要考察学生实际操作的规范性和最终实验结果，最终实验课程的得分主要看学生对于仪器操作的熟练程度以及拿到产物的多少，而缺少对学生绿色化学思维的考核。作者认为，教师在考核阶段可以增加书面考核环节，让学生自主设计实验。例如对羟基苯胺的乙酰化反应，考虑到苯胺类化合物的毒性，如果能够直接从毒性较小的对硝基苯酚出发，通过在反应过程中同时加入还原性铁粉和乙酸酐，完全可以实现对羟基硝基苯到扑热息痛的一步转化，这将很好地契合绿色化学的要求（图6）。因此教师可以设置这样一个问题：“能否以对对硝基苯胺为原料一步合成扑热息痛，并说出具体反应条件和所需试剂”。然后根据大家的回答情况给出相应的成绩。这样不仅增强了大学生的绿色化学素养，对大学生日后从事科研工作也有很大的启发意义。

图6 扑热息痛的新法合成

(7)带领学生进行实践活动

江苏是化学生产高度发达的省份，有许多大型制药和化工企业。为了响应国家对环境保护的要求，这些企业都花费巨资建立了三废的处理设备。为了帮助学生直观地建立绿色化学观念，在教学之余，教师可以带领学生前往工业园区进行社会实践，对企业进行实地考察和学习，了解企业是如何处理排放物的。通过社会实践，学生也可以更好地明确发展绿色化学的必要性。

3.结语

以上是作者基于自身的教学实践提出的关于有机合成实验教学改革的一些思路，仍有诸多需要完善的地方，如其它辅助手段的进一步补充，对教学效果的深入调研，这将是作者后续研究的方向。总之，在有机合成实验中强化绿色化学理念，提升当代大学生的化学素养，这对于大学生的未来发展意义重大。与此同时，能有效降低有机合成实验对环境造成的伤害，对于我国进行长期稳定的可持续发展具有深远影响。