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绿色微型有机化学实验教学及实践

 论文栏目:化学实验论文     更新时间:2018/2/8 10:07:07   

摘要:有机化学实验的绿色微型化教学,复合现代化学理念,有利于传统有机化学实验的改革。以乙酸异戊酯的制备实验为例,与常规实验方法相比较,绿色微型化学实验具有用量少、时间短、经费省、污染小等优点。

关键词:微型实验;绿色实验;教学改革;乙酸异戊酯

地方本科院校办学定位一般为教学服务型或应用型,并需要立足本地的经济发展。有机化学实验是地方本科院校体现教学服务型或者应用型的一门具有典型代表的传统课程。传统有机化学实验用到的大多数化学试剂对人体或环境有害。有机化学实验的教学理念是:既要保证实验课的顺利开展,又要把伤害降到最低。地方院校办学经费紧张,学生水平也参差不一,实验老师的配备不足,设计有机化学实验的时候,首先要考虑到所选用的仪器、药品等,要在学校能够提供的前提下,尽可能的采用简单的实验装置,简易的实验步骤和较少的实验用品。再者,在实验的设计时,尽量的避免危险性的实验操作及有毒的实验药品,若是必须要使用,要在实验的设计方案里详细的写明注意事项,以防止在实验进行中造成人身伤害及环境的污染。绿色化学要求我们在实验的始端就采用实现实验污染预防的科学手段,从而来达到实验过程中及实验末端零污染、零排放的目的。铜仁学院是贵州省的一所普通本科院校,旨在培养应用型人才,开展有机化学综合实验的微型化教学,在有限的时间和经费的条件下,使有机化学实验教学在开展和推广起到良好的模范作用。

1绿色微型有机化学实验简介及意义

20世纪80年代,Buteher和mayo等科技人员为了减少实验中污染物的排放,减少有害气体的伤害,以达到美国职业安全和健康管理署的标准,首次提出了微型实验的概念[1]。目前国内高校开展微型化实验教学的研究越来越多,并延伸至科学研究。开展微型有机化学实验能让学生提高环保意识,引发学生“我们的地球只有唯一的一个”的思考,培养一定的社会责任感。在有机化学实验室里的有机化学反应大多是复杂的,产生的副产物很多且大部分都是对大自然有破坏的,所以我们应尽量的减少实验室“三废”的排放;而有机化学实验,尤其是综合实验,培养学生综合分析问题的能力、科学的操作方法。大学生本科生思维活跃,敢想敢做,身上散发出一股永不言败的干劲。绿色微型化学实验近年来发展迅猛,已经成为节约能源、保护环境的典型学科之一,其根本原因在于它顺应了时代的发展规律,符合了教育创新的理念通过以往的实验操作学生已经掌握了了一定的自己驾驭的能力,以及相关理论的学习具备了一定的知识结构。

2有机化学实验绿色微型化教学实践

2.1主要仪器与药品

仪器:滴液漏斗、分液漏斗、42型半微量化学有机制备仪一套。药品:异戊醇、醋酸酐、磁性超强固体酸、饱和碳酸钠溶液、饱和食盐水、无水硫酸镁。

2.2磁性超强固体酸的制备

[2]磁性超强固体酸取自铜仁学院固体酸碱的科研小组制备的磁性固体酸,制备流程如图1所示。doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2018.01.196地方本科院校绿色微型有机化学实验的教学浅思与实践黄继明,刘润清,吴思展,韦恩光(铜仁学院材料与化学工程学院,贵州铜仁554300)摘要:有机化学实验的绿色微型化教学,复合现代化学理念,有利于传统有机化学实验的改革。以乙酸异戊酯的制备实验为例,与常规实验方法相比较,绿色微型化学实验具有用量少、时间短、经费省、污染小等优点。

2.3实验步骤

[3]在150mL的圆底烧瓶中加入22mL(0.20mol)异戊醇和22.8mL(0.24mL)醋酐,85℃水浴反应1.5h。冷却反应液,将反应液倒入分液漏斗中,静置分去水层。将上述有机层用饱和碳酸钠溶液中和至中性。将其倒入分液漏斗中再进行静置后分去水层,用15mL饱和氯化钠溶液对得到的有机混合物进行洗涤,用分液漏斗对其进行静置分层除去洗涤液,再用15mL饱和氯化钙溶液进行再次洗涤,用分液漏斗对其进行再次静置分层除去洗涤液。再用无水硫酸镁干燥至溶液澄清。将干燥后的溶液进行蒸馏,收集处于139~143℃温度段的馏分,计算产物产率为94.8%,经气相色谱分析产品纯度达98.9%,测产品折射率并用红外光谱进行进一步的分析处理。

3结果与讨论

3.1传统制备方法与绿色微型化实验所用催化剂比较

传统制备方法催化剂为浓硫酸,虽然具有很高的催化活性,但存在不易与反应体系分离、污染环境、选择性低等缺点。与浓硫酸相比,绿色微型化学实验所用的固体超强酸因对环境友好,具有较高的酸强度、催化活性高、可以多次重复利用。不仅节约了成本,而且酸性比浓硫酸高数千倍[4],产物产率达到98%以上。

3.2传统制备方法与绿色微型化实验温度比较

传统制备方法温度为143~147℃,绿色微型化制备方法温度为80℃,起到了节能环保的作用。

3.3传统制备方法与绿色微型化药品用量比较

绿色合成:异戊醇22mL(0.20mol)、醋酐22.8mL(0.24mol)。传统合成:异戊醇32.4mL(0.30mol)、冰醋酸38.4mL(0.678mol)。

3.4传统制备方法与绿色微型化药品操作步骤比较

绿色合成:简单、方便。传统合成:需要进行回流等一系列的繁琐步骤。

4结论

绿色微型有机化学实验具有以下突出的优点:1)由于反应原料的用量少,使教学的费用大大的降低。2)随着反应原料的减少,反应的时间也会相应的缩短,从而节省了实验的时间。3)因为反应用量的减少,所以实验的难度系数就增加了,那么这对实验者的要求就更加的严格,就更能达到培养学生对待事情更仔细、更认真的一种处事的优良作风的目的。4)反应原料的减少,则产生的副产物及废物自然就相应的减少,给环境带来污染也随之降低,对实验室的污染也会相对的减少很多,而对实验者来说就更是有益无害了。

参考文献:

[1]李霁良.微型半微型有机化学实验[M].高等教育出版社,2003.

[2]王君,范美青,杨飘萍,等.SO2-/ZrO2/Fe3O4/Al2O3磁性固体超强酸的制备与表征[J].物理化学学报,2007,23(4):595-600.

[3]李雄记.乙酸异戊酯的合成实验[J].化学教学,1994(4):13-13.

[4]张黎,王琳,陈建民,等.SO/ZrO固体超强酸的研究[J].高等学校化学学报,2000,21(1):116-119.

作者:黄继明 刘润清 吴思展 韦恩光 单位:铜仁学院 材料与化学工程学院

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