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篇1

關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；綠色化學(xué)；綠色化實(shí)驗(yàn)

《有機(jī)化學(xué)》是高職環(huán)境治理、工業(yè)分析、石油化工、生物制藥、醫(yī)學(xué)類等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是不可缺少的重要組成部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能更好地理解理論教學(xué)的內(nèi)容，學(xué)會(huì)在實(shí)驗(yàn)室里合成、分離、提純有機(jī)物的方法和操作技術(shù)，培養(yǎng)自身良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度以及觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。而有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所使用的試劑大多數(shù)會(huì)危害人體健康和污染環(huán)境，有些試劑甚至有劇毒。如何保證有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程既能正常開設(shè)，又將其危害和污染降低到最低限度，是擺在廣大化學(xué)教育工作者面前長(zhǎng)期而又艱巨的任務(wù)。為此，在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，筆者對(duì)開展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)施綠色化學(xué)教學(xué)進(jìn)行了一些探索與嘗試。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施綠色化學(xué)教學(xué)綠色化學(xué)起源于有機(jī)化學(xué)，是有機(jī)合成化學(xué)家提出的，它的內(nèi)容與有機(jī)化學(xué)學(xué)科密切相關(guān)。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中客觀存在著許多有害的廢棄物，在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)、排污等硬件設(shè)施較差的情況下，不僅威脅人體健康，而且直接排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。特別是近年來(lái)學(xué)校辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)排廢量也同步增長(zhǎng)，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化不得不提到議事日程上來(lái)。應(yīng)采用適合實(shí)驗(yàn)室的廢棄物處理措施，將有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染降至最低限度。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生建立對(duì)環(huán)境保護(hù)和人類可持續(xù)發(fā)展的高度責(zé)任心，使綠色化學(xué)理念滲透到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中。例如，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生不小心打碎了溫度計(jì)，溫度計(jì)里面的汞灑到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。這時(shí)，應(yīng)該用滴管收集大部分汞并回收到密閉的容器中，對(duì)于散落在地上及部分難以收集起來(lái)的汞應(yīng)撒上適量的硫黃粉進(jìn)行處理，使之生成毒性小的硫化汞然后清除。又如酚類、苯胺類物質(zhì)，在驗(yàn)證其性質(zhì)后，應(yīng)將廢液集中與漂白粉混合煮沸后再處理，這樣可使酚類、苯胺類物質(zhì)的毒性降低至幾乎為零，大大減少對(duì)環(huán)境的污染。通過(guò)對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物的基本處理實(shí)踐，可使學(xué)生掌握綠色化學(xué)知識(shí)，形成強(qiáng)烈的環(huán)保意識(shí)。

精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，體現(xiàn)綠色化學(xué)的教育思想選擇有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)根據(jù)高職的教學(xué)目標(biāo)，本著體現(xiàn)綠色化學(xué)教育的指導(dǎo)思想，精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，突出實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)。根據(jù)現(xiàn)行教材保留符合或基本符合綠色化學(xué)要求的實(shí)驗(yàn)，如基本操作實(shí)驗(yàn)中熔點(diǎn)的測(cè)定、蒸餾和沸點(diǎn)的測(cè)定、重結(jié)晶提純法；性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中的碳水化合物、氨基酸和蛋白質(zhì)；制備實(shí)驗(yàn)中的從茶葉中提取咖啡因等。在一些重要的合成反應(yīng)中選擇污染少、廢物易處理的制備項(xiàng)目開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)有毒氣排放的實(shí)驗(yàn)應(yīng)予以刪除。盡可能少用或不用有毒性的試劑。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的安排上不僅要滿足培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的需要，同時(shí)也要體現(xiàn)綠色化學(xué)的教育思想。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，控制藥品用量有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)重，消耗化學(xué)試劑多。近幾年，我們?cè)谥鸩綄?shí)施常量、微量與半微量相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方案，不僅體現(xiàn)綠色化學(xué)的教育思想，同時(shí)廢棄物處理相對(duì)容易。例如，在性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，醛、酮與2，4-二硝基苯肼試劑的反應(yīng)，由于該試劑的毒性很大，實(shí)驗(yàn)就改為在點(diǎn)滴板上進(jìn)行。于孔穴中滴入兩滴試劑，再依次滴入醛、酮試樣各1滴，現(xiàn)象與常量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象基本一致，而試劑用量大大減少，污染程度大大降低。類似的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)均可采用此法，不僅減少了廢棄物的處理量，降低了對(duì)環(huán)境的污染，而且可使學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中樹立環(huán)保意識(shí)。又如在1-溴丁烷的制備實(shí)驗(yàn)中，試劑用量為常規(guī)用量的十分之一，實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短了五分之一，且可以得到較好的實(shí)驗(yàn)效果。再如，在乙酸乙酯的制備中，我們改進(jìn)了催化劑?，F(xiàn)用教材是用濃硫酸作催化劑，但濃硫酸具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)吸水性、低選擇性，造成反應(yīng)物氧化、碳化，產(chǎn)品質(zhì)量不高、產(chǎn)率低，產(chǎn)生的廢氣、廢水多，污染環(huán)境，且實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。我們參照目前關(guān)于酯化反應(yīng)的研究成果，用固體超強(qiáng)酸（SiO2／SO42-）代替濃硫酸，即用1.2gSiO2／SO42-代替教材中的3.0ml濃硫酸，其余步驟仍按教材進(jìn)行，試劑回收率可由使用濃硫酸時(shí)的48％提高到93％，并且催化劑可循環(huán)使用6次。這樣改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)安全性好，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

采用連續(xù)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的合成實(shí)驗(yàn)，是純粹的消耗性實(shí)驗(yàn)。一次實(shí)驗(yàn)下來(lái)，除原料和試劑的消耗外，生成的產(chǎn)物大部分都是廢棄物，造成對(duì)環(huán)境的污染。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)把相關(guān)的單一實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，使其組成一個(gè)系列，使實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品為后一步需要合成的原料完成系列制備。這種教學(xué)方法不僅能滲透綠色化學(xué)教育的思想，而且也能較好地檢驗(yàn)學(xué)生的操作技能和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。例如在基本操作中做“蒸餾”和“分餾”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)回收的乙醇可用于“茶葉中提取咖啡因”，提取咖啡因回收的乙醇留待下一屆學(xué)生做“蒸餾”實(shí)驗(yàn)用；“柱色譜”實(shí)驗(yàn)所用的洗提溶劑乙醇，由實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一回收，留待下一屆學(xué)生做“分餾”實(shí)驗(yàn)用，從而提高了溶劑的利用率。幾年來(lái)，在有機(jī)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，凡能循環(huán)利用的實(shí)驗(yàn)資源，我們都將粗品全部回收，經(jīng)處理后繼續(xù)留做他用。另外，應(yīng)充分利用廢料，如在簡(jiǎn)單的玻璃工操作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，學(xué)生按要求完成各種規(guī)格的彎管、滴管后，利用剩下的短管繼續(xù)拉制熔點(diǎn)管，拉制的熔點(diǎn)管可以在合成實(shí)驗(yàn)中用作沸石。這樣，充分利用實(shí)驗(yàn)材料，不僅可節(jié)約經(jīng)費(fèi)，而且可使綠色化學(xué)教學(xué)落到實(shí)處。

采用多媒體技術(shù)，將部分實(shí)驗(yàn)改為演示對(duì)人體危害大和對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)，可做成課件給學(xué)生演示。如芳烴和鹵代烴的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所用藥品均有很大的毒性，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，而且其中有的實(shí)驗(yàn)學(xué)生實(shí)際操作時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)效果不理想。改用計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)，既沒有污染，現(xiàn)象又明顯。學(xué)生如親臨其境，感到很新穎，興致很高，同時(shí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生上網(wǎng)查找資料和自己做課件的積極性，培養(yǎng)了動(dòng)手能力，取得了很好的教學(xué)效果。

近幾年來(lái)的實(shí)踐證明，將綠色化學(xué)教育思想滲透于高職有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的做法有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。通過(guò)綠色化學(xué)教育思想在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的滲透，不少學(xué)生尤其是環(huán)境治理專業(yè)的學(xué)生反映他們的知識(shí)面擴(kuò)展了，感到基礎(chǔ)課與專業(yè)課能有機(jī)融合，提升了對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，實(shí)驗(yàn)技能得到了進(jìn)一步提高。要在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中完全實(shí)現(xiàn)綠色化，還需要化學(xué)工作者共同努力，做更加深入的研究工作。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵字：超分子化學(xué)；發(fā)展；理論基礎(chǔ)；超分子體系的功能

1 前言

經(jīng)典理論認(rèn)為：分了是保持物質(zhì)性質(zhì)的最小單位，然而分子一經(jīng)形成，就處于分子間力的相互作用之中，這種力場(chǎng)不僅制約著分子的空間結(jié)構(gòu)，也影響物質(zhì)性質(zhì)。近年來(lái)，逐漸發(fā)現(xiàn)一些傳統(tǒng)分子理論難以解釋的現(xiàn)象，如DNA合成等形成的有序組合、綠色植物的光合作用、酶的催化作用等，均有特異的物質(zhì)識(shí)別、輸送及能量傳遞和轉(zhuǎn)換功能。隨著冠醚化學(xué)的發(fā)展，分子間作用力協(xié)同作用的重要性逐漸為人們所認(rèn)識(shí)，超分子化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。在超分子體系中，分子與分子間力的關(guān)系就如同在分子中原子和共價(jià)鍵的關(guān)系一樣。150多年來(lái)，有機(jī)化學(xué)家的興趣主要集中于有機(jī)分子的共價(jià)鍵方面，現(xiàn)在這一興趣中心已開始向非共價(jià)鍵作用方向轉(zhuǎn)移。

2 超分子化學(xué)的發(fā)展

1967年C. J. Pederson發(fā)表了關(guān)于冠醚的合成和選擇性絡(luò)合堿金屬的報(bào)告，揭示了分子和分子聚集體的形態(tài)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的選擇性起著重要的作用；D.J. Cram基于在大環(huán)配體與金屬或有機(jī)分了的絡(luò)合化學(xué)方面的研究，提出了以配體（受體）為主體，以絡(luò)合物（底物）為客體的主客體化學(xué)；J. M . Lehn模擬蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)的白組裝體的研究?jī)?nèi)容，在一定程度上超越了大環(huán)與主客體化學(xué)而進(jìn)入了所謂“分子工程”領(lǐng)域，并進(jìn)一步提出了超分子化學(xué)即“超越分子的化學(xué)”的概念。未來(lái)超分子體系化合物的特征應(yīng)為：信息性和程序性的統(tǒng)一；流動(dòng)性和可逆性的統(tǒng)一；組合性和結(jié)構(gòu)的多樣性的統(tǒng)一。超分子化學(xué)便成為一門研究集信息化、組織性、適應(yīng)性和復(fù)合性于一體的物質(zhì)的學(xué)科。

3 超分子化學(xué)的理論基礎(chǔ)

超分子化合物是由主體分子和一個(gè)或多個(gè)客體分子之間通過(guò)非價(jià)鍵作用而形成的復(fù)雜而有組織的化學(xué)體系。主體通常是富電子的分子，可以作為電子給體（D），如堿、陰離子、親核體等。而客體是缺電了的分子，可作為電子受體（A），如酸、陽(yáng)離子、親電體等。超分子化學(xué)和配位化學(xué)同屬于授受體化學(xué)，超分子體系中主體和客體之問(wèn)不是經(jīng)典的配位鍵，而是分子間的弱相互作用，大約為共價(jià)鍵的5%-10%。因此可以認(rèn)為，超分子化學(xué)是配位化學(xué)概念的擴(kuò)展。超分子體系的微觀單元是由若干乃至許許多多個(gè)不同化合物的分子或離子或其它可單獨(dú)存在的具有一定化學(xué)性質(zhì)的微粒聚集而成。聚集數(shù)可以確定或不確定，這與分子中原子個(gè)數(shù)嚴(yán)格確定具有本質(zhì)區(qū)別。超分子的形成不必輸入高的能量，不必破壞原來(lái)分子的結(jié)構(gòu)及價(jià)健，主客體間沒有強(qiáng)的化學(xué)鍵，這就要求主客體之問(wèn)要有高度的匹配性和適應(yīng)性，不僅要求分子在空間兒何構(gòu)型和電荷，甚至親疏水性的互相適應(yīng)，還要求在對(duì)稱性和能量上的匹配。

4 超分子體系的功能

冠醚、環(huán)糊精和杯芳烴等大環(huán)化合物都具有穴狀結(jié)構(gòu)，能通過(guò)非共價(jià)鍵與離了以及中性分子形成超分子，在化學(xué)物質(zhì)的分離提純，功能材料的研制及超分子催化方面已表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，引起了越來(lái)越多的化學(xué)家對(duì)它的重視和研究。

4.1 超分子體系的識(shí)別功能

分子與位點(diǎn)識(shí)別是超分子體系的基礎(chǔ)，識(shí)別是指給定受體與作用物選擇性結(jié)合并產(chǎn)生某些特定功能的過(guò)程。發(fā)生在分子間的識(shí)別過(guò)程為分子識(shí)別，發(fā)生在實(shí)體局部間的識(shí)別過(guò)程謂之位點(diǎn)識(shí)別，識(shí)別過(guò)程需要作用物與受體間空間匹配、力場(chǎng)互補(bǔ)，實(shí)質(zhì)上是超分子信息的處理過(guò)程。分子識(shí)別是類似“鎖和鑰匙”的分子間專一性結(jié)合，可以理解為底物與給定受體間選擇性鍵合，是形成超分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。超分子作用對(duì)于某些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如催化等具有重要的意義，特別是在生物體系中，相當(dāng)多的生物化學(xué)過(guò)程離不開這種作用，如底物與蛋白質(zhì)的作用，酶催化過(guò)程，遺傳密碼的復(fù)制、翻譯、轉(zhuǎn)錄等以及抗體與抗原的作用等。因此，分子識(shí)別是白然界生物進(jìn)行信息存貯、復(fù)制和傳遞的基礎(chǔ)，以分子識(shí)別為基礎(chǔ)，研究構(gòu)筑具有特定生物學(xué)功能的超分子體系，對(duì)揭示生命現(xiàn)象和過(guò)程具有重要意義，并可能給化學(xué)研究帶來(lái)新的突破。

4.2 超分子體系的催化功能

超分子催化即可由反應(yīng)的陽(yáng)離子受體分子實(shí)現(xiàn)，也可由反應(yīng)陰離子受體來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可通過(guò)作用物與輔助因子的結(jié)合產(chǎn)生共催化，實(shí)現(xiàn)合成反應(yīng)。超分子體系對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的催化作用、酶催化和模擬酶催化均是利用了超分子體系的分子識(shí)別作用達(dá)到了高選擇性、溫和條件下的催化目的。通常意義上的催化（熱）反應(yīng)中，無(wú)論是多相催化還是均相催化，超分子現(xiàn)象都常常出現(xiàn)。在多相催化中，形形的界面現(xiàn)象必須存在。固體催化劑表面上各類吸附位、活性中心與反應(yīng)物、中間物和產(chǎn)物間不可避免地存在著各種各樣的弱的、具有一定選擇性的相互作用，從而有可能形成多組分超分子系統(tǒng)。均相催化反應(yīng)中，催化劑與介質(zhì)、反應(yīng)物、中問(wèn)物和產(chǎn)物問(wèn)也會(huì)存在弱的選擇性相互作用力。這是有選擇地活化、改組化學(xué)鍵的前提?；谏矬w抵御外來(lái)抗原，形成與之識(shí)別的抗體的性質(zhì)，產(chǎn)生了抗體催化研究。抗體催化具有酶催化的一些特性，專一性選擇識(shí)別反應(yīng)物、過(guò)渡態(tài)和反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的低活化能、高選擇性，實(shí)現(xiàn)一些普通催化化學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)。其中關(guān)鍵是選擇合成合適的半抗原，以便誘導(dǎo)篩選出特定要求的催化抗體。目前抗體催化已應(yīng)用于酞基轉(zhuǎn)移、β-消去、C-C鍵形成及斷裂、水解、過(guò)氧化及氧化還原等反應(yīng)中。

4.3 超分子體系信息傳遞功能

超分子體系受外界的刺激產(chǎn)生性能和結(jié)構(gòu)的變化，繼而將刺激信號(hào)轉(zhuǎn)變成分了信息并在體系中傳輸。這種傳輸?shù)谋举|(zhì)是電子轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移、物質(zhì)傳輸、化學(xué)轉(zhuǎn)換。超分子體系的多樣性也決定了載流子的多樣性，以及超分子體系的元激發(fā)過(guò)程中的各種結(jié)構(gòu)載流子。超分子體系的不均一性決定了信息傳導(dǎo)過(guò)程的多通道與多種方式，包括跨膜傳導(dǎo)道的傳輸、特征振蕩與特征頻率等。特別是納米尺寸的量了限域效應(yīng)、神經(jīng)傳導(dǎo)、離了通道與離了泵介電限域效應(yīng)，體現(xiàn)了特殊介面效應(yīng)下信息傳導(dǎo)的新規(guī)律。信息傳輸與能量補(bǔ)償相互匹配，保證信息傳輸穩(wěn)定與有序的進(jìn)行。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)有三個(gè)特點(diǎn)是最主要的：一是快速響應(yīng)；二是非線性；三是放大作用。

5 結(jié)語(yǔ)

超分子化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)嶄新的分支學(xué)科，又與物理學(xué)、信息學(xué)、材料科學(xué)和生命科學(xué)等緊密相關(guān)，對(duì)超分子體系的深入研究，實(shí)際上已超出了化學(xué)范疇，形成了超分子科學(xué)?？梢灶A(yù)見，作為超分子化學(xué)起源的主客體化學(xué)將與有機(jī)合成化學(xué)、配位化學(xué)和生物化學(xué)互相促進(jìn)，為生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等共同發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

張景慧（1990-），女，漢族，陜西省漢中市，本科在讀，包裝工程專業(yè)。