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有机反应与有机合成精选(五篇)

发布时间:2023-10-27 10:38:50

序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的5篇有机反应与有机合成,期待它们能激发您的灵感。

篇1

论文关键词:碳酸二甲酯,反应精馏,非平衡级模型,模拟,优化

 

1 引 言

碳酸二甲酯(简称DMC)是近年来发展迅速的一种新型绿色化工产品,是一种十分有用的有机合成中间体和性能优良的汽油添加剂[1]。近年来对其生产工艺条件的研究报道很多,但是由于碳酸二甲酯的单程转化率比较低,其中酯交换法的反应精馏工艺是研究开发的主要方向。其反应条件温和而且生产工艺无污染、对环境友好,是目前合成碳酸二甲酯的先进生产方法之一[2]。由于反应与精馏在同一塔内同时进行,相互之间的影响十分复杂,操作条件和设备参数的微小变化,对操作规律都会产生很大的影响,目前人们对反应精馏规律的认识不是很充分[3],有待于进一步的研究。这就使反应精馏过程的设计、放大、操作性能和控制方案的研究等方面均存在一定的难度。目前报道用计算机模拟此生产过程的文献较少非平衡级模型,因此用数学模拟的方法,对这种生产过程进行模拟分析,深入探讨反应精馏过程的生产规律是非常必要的。

2 反应精馏过程的非平衡级模型描述

模型的推导基于如下假设:每一级系统处于热力学平衡状态,即;气相在达到上一级前完全混合,液相为全混流;

相界面上无质量和能量累积,气液相只在相界面处达到平衡,在级内各点,传递系数相等,反应速率数值相同;过程处于稳态操作;反应只发生在液相,气相无反应。

全塔共有N+1块板,冷凝器为第0块板,再沸器为第N块板,塔内共有C个组分。非平衡级模型示意图如图1所示核心期刊目录。

图1非平衡级示意图

2.1物料衡算方程

总物料:

(j=1,2,…,N-1) (1)

(j=0) (2)

(j=N)   (3)

各组分物料:

气相:

(4)

液相:

(5)

式中:对反应物,生成物,对惰性组分, i=1,…,C,j=1,2,…,N-1。

(j=0) (6)

(j=N) (7)

2.2热量衡算方程

气相;

(8)

液相:

(9)

根据Taylor[4]等对普通精馏的模拟计算结果,假设气液两相处于热平衡状态是合理的。据此,本反应精馏模型中假设气液两相达热平衡,以简化计算。简化结果是用板上总焓衡算方程

(j=1,2,…,N-1)(10)

代替(8)(9)两式。

(j=0)(11)

(j=N)(12)

2.3气液相界面处平衡方程

相平衡方程:(13)(i=1,…,C;j=0,1,…,N)

质量平衡方程:(14)

(i=1,…,C;j=1,2,…,N-1)

2.4归一方程

(15)

(16)

(j=0,1,…,N)

2.5传质速率方程

气相: (17)

液相: (18)

(i=1,…,C;j=1,2,…,N-1)

2.6反应速率方程

采用文献[2]中的动力学方程计算反应速率。反应方程式如下:

(19)

每级上的反应量:,其中为持液量。

上述方程组合一起构成了反应精馏全过程非平衡级模拟的数学模型。

3自由度分析

自由度分析见表1、表2所示。由表1和表2可知全塔模型方程自由度为2CN+4N-2C。本文选择的设计变量分别为:气液相进料流量、组成、温度;气液相侧线采出量;回流比;塔顶采出量;再沸器和冷凝器的热负荷。

表1 全塔变量数分析

 

变量名

变量数

变量名

变量数

N+1

N+1

N-1

N-1

C(N+1)

C(N+1)

C(N-1)

C(N-1)

N-1

N-1

(C-1)(N-1)

(C-1)(N-1)

N-1

N-1

N-1

N-1

C(N-1)

C(N-1)

N+1

NF

1

1

1

1

篇2

【关键词】方剂;英语翻译;策略

1引言

以药物加功用命名的方剂,实际上是一种双重意义上的命名过程。强调了方剂的的作用力度、作用部位和作用意义。与“主要药物”命名方法相比,更能进一步说明该方剂的特征,简明扼要地说明其作用脏腑或作用机理,如苏子降气汤,方源《太平惠民和剂局方》“主药为苏子,具有降气平喘,祛痰止咳作用”;黄连解毒汤,录自《外台秘要》“主药为黄连,具有清热解毒作用,适用于三焦火毒热盛证”;又如朱砂安神丸, 方源《医学发明》“朱砂为主药,具有重镇安神、清心泻火之功”;再如龙胆泻肝汤, 方源《医方集解》“龙胆草为主药,具有泻肝胆实火、清下焦湿热作用。”枳实导滞丸, 方源《内外伤辨惑论》“方中以枳实作为臣药,具有消食导滞化积、清热祛湿的功能。”藿香正气散,方源《太平惠民和剂局方》,藿香为方中君药,“正气”意指该方有“理气和中”的功效。

2以方剂主药加主要功效命名的方剂英语翻译例举及分析

黄连解毒汤Decoction of Coptis for Detoxification

(Decoction:汤剂; Coptis:黄连; Detoxification:解毒作用)

龙胆泻肝汤Decoction of Gentian for Purging Liver Fire

(Decoction:汤剂;Gentian:龙胆; Purging:清除; Liver Fire:肝火)

蒿芩清胆汤 Decoction of Wormwood and Scutellaria for Clearing away Dampness-heat from the Gallbladder

(Decoction:汤剂;Wormwood:n. [植]苦艾; Scutellaria:黄芩; Clearing away:清除; Dampness-heat :湿热; Gallbladder:胆囊)

半夏泻心汤 Pinellia Decoction for Purging Stomach Fire

(Pinellia:半夏; Decoction:汤剂; Purging:清除; Stomach:胃,腹部; Fire:火)

当归补血汤 Chinese Angelica Decoction for Enriching Blood

(Chinese Angelica:当归; Decoction:汤剂; Enriching :使富足;Blood:血)

朱砂安神丸 Cinnabar Sedative Pill

(Cinnabar:朱砂; Sedative:使镇定; Pill:药丸)

苏子降气汤 Decoction of Perilla Seed for Descending Qi

(Decoction:汤剂;Perilla:紫苏; Seed:种子; Descending:降低; Qi:气)

当归四逆汤Decoction of Chinese Angelia for Restoring Yang

(Decoction:汤剂; Chinese Angelia:当归; Restoring:恢复; Yang:阳)

桃核承气汤Decoction of Peach Nucleus for Activating Qi

(Decoction:汤剂; Peach Nucleus:桃核; Activating:使活跃; Qi:气)

藿香正气散Powder of Agastachis for Restoring Vital Qi

(Powder:散剂; herba Agastachis :藿香; Restoring:恢复; Vital:重要的; Qi:气)

萆分清饮Decoction of Collett Yam for Clearing Turbid Urine

(Decoction:汤剂; Collett Yam:萆; Clearing:澄清; Turbid Urine:尿浊)

羌活胜湿汤Decoction of Notoperygium for Expelling Dampness

(Decoction:汤剂; Notoperygium incisium:姜活; Expelling Dampness:湿)

此类方剂大多采用直译的方式,如若方剂名称中含有中医特有的用词,则采用直译兼音译的方式。译式有:一、剂型+of+成分+for+功效。例如:黄连解毒汤Decoction of Coptis for Detoxification;龙胆泻肝汤Decoction of Gentian for Purging Liver Fire;枳实导滞丸Pill of Immature Bitter Orange for Removing Stagnancy;三子养亲汤(三子指白芥子、苏子、莱菔子,养亲是指适合于老年人)Decoction of Three Kinds of Seeds for the Aged;四妙勇安汤(本方药有四味,勇猛迅速,使身体健康)Decoction of Four Wonderful Drugs for Quick Restoration of Health。苏子降气汤 Decoction of Perilla Seed for Descending Qi;二、成分+剂型+for+功效。例如:半夏泻心汤 Pinellia Decoction for Purging Stomach Fire;当归补血汤 Chinese Angelica Decoction for Enriching Blood;柴胡舒肝散 Bupleurum Powder for Relieving Liver Qi;三、成分+功效+剂型。例如:朱砂安神丸 Cinnabar Sedative Pill。也有一小部分采用直译兼意译的方式,意译部分主要是对此方的功效的更直接的说明。译式为剂型+of+成分+for+功效,如当归四逆汤Decoction of Chinese Angelia for Restoring Yang。

参考文献

[1] 陈靖红,《浅谈中医名词术语英译》[J],广西中医学院学报,1999.

篇3

关键词:绿色化学;有机化学;教学

中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)51-0250-02

一、引言

“绿色化学”又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,是设计研究没有或尽可能少的环境负作用,并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程,包括原料和试剂在反应中的充分利用。它是实现化学污染防治的基本方法和科学手段,是一门从源头上阻止污染的化学。绿色化学适用各种化学领域,是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂和产物、副产物等的使用和产生。

有机化学是化学的重要组成部分,有机化学实验是高校化学化工、环境、医学、农学等专业重要的基础课,对学生掌握有机化学知识,培养思维能力有着十分重要的作用。有机合成化学实验中使用的许多试剂、溶剂、催化剂以及排放的废料,都易对环境产生污染,影响实验者的健康,所以在有机化学实验教学中实行绿色化学教育,培养学生的绿色化和环保意识有十分重要的意义,也是高校有机化学实验教学改革的重点,因此,实现有机化学实验绿色化教学势在必行。作为多年从事有机化学实验教学的教师,结合实际教学情况和体会,对有机化学实验的绿色化,提出了一些想法,并进行了初步的实践。现将我们在有机化学实验教学过程中的一些经验总结如下。

二、合理设计实验,体现绿色化学思想

在保证达到实验教学目的和使学生能够掌握基本操作技能的前提下,有机化学实验要尽力遵循绿色化的途径。实验内容应尽量选用毒性小、废弃物少、污染轻的实验。例如:“己二酸的制备”实验,可以采用高锰酸钾替代硝酸做氧化剂,避免实验中产生大量有毒的氮氧化物气体和使用硝酸带来的强腐蚀性。又如:利用液溴制备溴苯的实验,液溴有毒,腐蚀性大,可以选用低毒高活性的溴化剂N-溴代丁二酰亚胺代替。

三、绿色化学理念在实验过程中的渗透

我们在有机化学实验教学中尽可能地实现实验内容的绿色化,注意培养学生的绿色化学意识。结合学校的实际情况,合理选择有机化学实验内容,不选用苯、甲苯、二氯甲烷、硝基苯、苯胺等毒性较大的试剂作为溶剂、原料和产品进行实验。总之,在有机化学实验的操作过程中,要把绿色化学的理念贯穿到整个有机化学实验的教学之中。

(一)试剂的选择

时至今日,人们己形成了一种固定思维模式,习惯地将有机反应放在溶剂中进行。在传统的有机合成中,有机溶剂是最常见的反应介质,因为他们能很好地溶解有机物,保证物料混合均匀和热量交换稳定,但有机溶剂的毒性和难以回收又成为对环境造成污染的主要因素。随着绿色化学的发展,新的绿色合成技术和合成方法不断涌现,这为有机实验的绿色化提供了很多有效途径。近年来无溶剂、绿色溶剂(离子液体、超临界流体、水)在有机合成中的应用得到了空前的发展,这些手段对于加快反应速度、减少能耗、减小污染有很重要的作用。

1.无溶剂的化学合成。在过去的近30年中,无溶剂化学合成得到很大发展。在合成中通常需要使用一些助剂,如催化剂或固体载体,也可能用到光、研磨、微波加热和超声波等方法。例如:苯基环己酮与查尔酮的Michael加成反应,可以使用溴化四丁胺为催化剂,在室温下用研磨的方法合成。又如:2-苯基四氢喹唑啉的合成,可以在无溶剂条件下由2-氨基苯胺与苯甲醛的缩合,转化率很高。

2.选用水为介质的合成。以水为介质的有机反应是“与环境友好的合成反应”的一个重要组成部分。水相中的有机反应具有许多优点:操作简便、安全,没有有机溶剂的易燃、易爆等问题。在有机合成方面,可以省略许多诸如官能团的保护和去保护等的合成步骤。水的资源丰富,成本低廉,不会污染环境,因此是潜在的“与环境友善”的反应介质。

3.选用绿色溶剂的化学合成。绿色溶剂被认为是绿色化学中很有前景的一类反应介质,尤其是离子液体。离子液体的研究是近年来绿色化学领域的研究热点之一,室温离子液体是一类特殊的液体熔融盐,具有优良的物理化学性质及可修饰、调变的阴阳离子结构,且可循环使用,被认为是替代常用挥发性有机溶剂的新型绿色溶剂。近几年来,离子液体作为一种绿色溶剂及催化剂在有机合成中发挥了独特的作用,受到人们越来越多的关注。因此,在离子液体中进行有机反应成为化学研究的一个重要领域。例如:在芳醛与丙烯酸甲醋的不对称Baylis-Hillman合成反应中,用季铵盐型离子液体作为溶剂,产率很高。又如:在离子液体中进行的Suzuki交叉偶合反应与传统方法相比具有诸多优势:少量的催化剂即可使反应活性明显提高;无副产物产生,产物纯净且容易分离;反应可以在空气中进行,产率不降低,催化剂不分解;催化体系可以重复使用。

(二)积极开展微量或半微量实验,减少试剂消耗和污染

传统的常量实验具有现象明显、操作方便的优点,但消耗多、污染大,不利于环境友好。微量或半微量实验推广已有十几年,逐渐引起各国化学教育界的广泛重视,已成为国际趋势,成为化学实验改革的方向之一。目前我国已有数百所大中学校开始在化学教学中采用微型实验,取得了很好的社会与经济效益。微型化学实验主要有以下几方面的特点:节约药品、节省能源、降低实验成本;实验迅速;减少环境污染,避免不安全隐患;能激发学生学习的兴趣,提高学生实验技能。例如:2-甲基-2-己醇的制备、乙酰乙酸乙酯的制备、肉桂酸的制备等实验,按照实验教材药品用量的■进行实验。在同样可以达到实验目的同时,减少了废弃物的排放量,保护了环境。总之,微型化学实验不仅有利于培养学生的创新能力、提高教学质量,也有利于师生的身心健康以及培养环保意识和绿色化学的理念。

(三)绿色催化剂的选择

催化剂在化学合成中起着十分重要的作用,每种新型催化剂的发现及催化工艺的研制成功,都会引起化学工业的重大革新。绿色催化自然是绿色化学研究的另一个重要内容。少量、高效催化剂的加入可以大大加快反应的速率、提高反应的选择性及降低副反应的产生。绿色催化剂还应该具备清洁无毒和可循环使用的特点。目前有机合成中使用的绿色催化剂主要包括固体酸、固体碱、晶格氧选择氧化催化剂等非均相催化剂以及生物催化剂(酶催化剂)。例如:在传统的有机合成中,烷基化、酯化、水合、酰化、烃类异构化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂,这些催化剂在工艺上难以连续生产,不易分离,对设备腐蚀严重,危害人体健康,产生废液废渣,污染环境。而我们可以选择分子筛、杂多酸、超强酸等新型催化剂。又如异丁烷与丁烯的烷基化反应原来使用氢氰酸或硫酸作催化剂,现在可用新开发的负载型磺酸盐/SiO2催化剂代替。

(四)目标产物的绿色化

绿色产品,应具有合理的使用功能及使用寿命,产品易于回收、利用和再生,在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康,报废后易于处置,在环境条件下容易降解。在有机实验中联系实际,如目前大量使用的聚苯乙烯发泡塑料快餐盒,使用以后成为垃圾,在自然条件下,需数百年才能降解,对环境带来严重的影响。为了加速它的自然降解,我们生产时可以在其中加入光敏剂、化学助剂等,使其在使用后几个月内即分解成无害物质。

(五)废弃物的回收利用

有机化学实验过程中使用的有机溶剂,一般毒性较大、难处理,随意倒掉这些有机溶剂,不仅对环境造成严重污染,还会造成药品的浪费。基于绿色化学原则,处理这些有机溶剂,应进行重新蒸馏后利用,或在实验中重复再次使用。对于在实验过程中产生的有毒物质也要积极处理,例如:在制备正溴丁烷的实验中会产生腐蚀性气体溴化氢,要使用氢氧化钠溶液进行吸收处理,对水银温度计破损洒出的汞认真进行收集,并撒硫磺粉进行处理,尽可能减少对学生的危害。对于某些数量较少、浓度较高确实无法回收使用的有机废液,可采用活性炭吸附法、过氧化氢氧化法处理,或在燃烧炉中供给充分的氧气使其完全燃烧。对实验中产生的废酸、废碱,要指导学生倒入相应容器中,经中和至近中性(pH=6-9)时方可排放。通过有机化学实验绿色化实践,有效地做到实验药品循环使用,减少环境污染,使绿色化学教育在实验教学中对学生起到潜移默化的作用,提高了学生的环保意识。

(六)多媒体在有机实验教学中的应用

随着科技的发展和计算机普及,多媒体已成为化学实验教学发展的趋势和必然,将多媒体技术引入实验教学,对提高学生化学实验操作技能和对实验的理解起着重要的作用。例如:像易燃易爆等危险性较大的实验、毒性较大且不易控制的实验,可使用多媒体教学辅助手段来代替此类实验,既保证了学生的安全,保护了环境,又达到了良好的教学效果。例如:在制备亚磷酸二苯酯的实验中,反应出来的粗品需进行减压蒸馏,如反应瓶温度达到250℃,体系中存在微量的氧,亚磷酸将会冒烟,发生爆炸。

四、学生绿色化学意识的加强

我国绿色化学教育还处于起步阶段,但化学实验绿色化已经成为化学教学改革发展的必然趋势,将成为培养学生的绿色化学观念和创新能力的重要途径。有机化学实验教学不仅需要培养学生的基本化学实验技能,同时应把绿色化学思想融于实验教学之中,让学生了解绿色化学,树立起绿色意识。

实践证明,在有机化学实验教学中渗透绿色化学教育是可行的。

参考文献:

篇4

高等学校有机化学实验教学有机化学实验是高等学校化学类专业学生必做的基础实验之一,它旨在培养学生的熟练使用各类仪器装置的能力;掌握研究有机化合物的实验方法与技术;同时培养学生具有一定进行科学研究的能力,因此各高等学校主要以不同的实验操作来安排实验内容。这样让学生在每一次实验中都掌握了相应的实验技能。而作为基础实验,有机实验培养学生范围广,影响大,如何更好地科学合理的安排实验课内容,将很大程度影响学生以后工作中对化学问题的处理,对人才的培养有积极重要的影响。

1.注重绿色化学对有机实验的影响。绿色化学是一门具有明确的社会需求和科学目标的新型交叉学科,是实现可持续发展的根本途径之一。表一为近二十年来我国绿色化学文章的发表情况。表1说明,绿色化学九十年代初得到我国学者的重视,短短几年,我国学者发表了大量的关于绿色化学的文章,从1992年~2012年翻了200多倍,说明绿色化学引起各行业学者的重视。近年来已经曾比较稳定的趋势,说明绿色化学发展已经比较平稳。绿色化学具体地说就是选用无毒无害原料和可再生资源,进行原子经济反应或高选择性反应,使用无毒无害的溶剂、催化剂等,得到环境友好的产品。GOOdWIN在2004年提出在进行任何实验室工作室,要从以下三点进行考虑(1)实验中哪些是绿色化学;(2)实验中哪些不是绿色化学;(3)如何改进实验让过程更加“绿色化”。一般有机实验过程中人员比较密集,消耗总试剂量比较多,虽然在选取高校实验过程中,都选取的是低毒的药品,但由于有机溶剂大多易挥发,即使低毒的试剂也可能会对老师和学生的身体带来伤害。这也是有机实验比其他实验更要重视绿色化学的原因。因此在设计实验时,将绿色化学作为自己操作的行为准则,力争做到更高效、更环保。例如,在萃取与蒸馏中可用蒸馏水代替乙醇。环己烯的制备实验中,曾小君提出环己烯的绿色催化剂,不仅对环境的污染更小而且化学试剂可重复多次使用。

2.实验设计连续化。以往的实验中,有机实验中合成的产品往往作为废弃物集中处理。如果一个实验的合成产品是另一个实验的反应物。不仅节约了成本,也让废弃物得到更合理的利用。如环己烯的制备中,制取的环己烯可氧化生成己二酸,己二酸与正丁醇反应生成己二酸正丁酯,这样避免了生成产品的浪费,让实验安排更加合理。乙酰苯胺的制备中,其产物可再次应用于熔点的测定。蒸馏实验中可用蒸馏分离出的乙醇,用于天然产物中有机成分的萃取剂。

3.科学是不断进步的,因此在实验设计时不能仅仅拘泥于课本实验、照搬书上内容,要做相应的创新,将先进的教育理念带到实验中。如微波合成有机化学,研究表明微波对大部分有机合成反应都有促进作用,微波辐射技术在催化加氢、基团保护、重排反应、消除反应、不饱和烃的加成、有机金属、立体选择性反应等有机合成领域都有应用,并取得一定的进展。黄学仁等人对微波提取黄连素进行了研究,研究表明用水做浸泡,微波提取后,黄连素的提取速度不仅加快,而且跟常规的乙醇提取法相比,更加环保,对环境不造成污染。李秋荣等人同样用微波技术合成肉桂酸,表明了微波技术可提高产物质量,节省时间。所以高校可借鉴先进的技术经验,与时俱进,创新实验内容。不过将先进技术与高校有机课程相结合,还必须做好实验条件的优选,及改进技术的对比工作。如微波功力越大,副产品越多,产率越低,而时间照射越长,产率越低。

4.有机实验与其它实验相比有其特殊性。高校设置中70%以上以合成为主。各高校普遍存在着合成产品的处理问题。在实验教学中,大部分实验教师把实验操作、实验结果及报告作为学生的实验得分,而很多老师大大忽视了废液的处理,因此必须将绿色化学的理念灌输给学生,让学生加强思想建设工作,废液倒入指定容器内,而实验教师更要重视实验中的绿色教学,为学生实验提供专门的固定容器。每节课前认真查看是否有固定的废液瓶。将上节课的废液瓶收集好放在指定位置,防止学生将多种不同性质的废液混合在一起照成安全隐患。而对于可回收利用的溶剂,收集好后,可供下次的实验循环使用。

综上所述,高等教育有机化学实验室教学模式应与时俱进,以培养优秀人才为目标,优化整合多方面技术,创新实验内容,人性化教学,不断研究,提供给学生更好、更新、更实用的教学资源。

参考文献:

[1]孙俊梅,郑平.大学有机化学实验教学与综合素质培养[J].湖北教育学院学报,2001,18(5):60-61.

[2]郝玉兰,张荣明.高校绿色化学实验室建设的探讨.广州化工[J],2012,40(3):146-147.

[3]John Andraos and Andrewp Dicks.Green chemistry teaching in higer education.a review of effective practices.Chemistry Education Research and practice[J].2012.

[4]曾小君.从环己烯制备实验的改进谈化学实验上的“绿色化”.实验室研究与探索[J].2004,(23):69-71.

[5]周崇文,曾春亮.浅谈微波在有机合成化学中的作用[J].化学工程与制备,2009.91-92.

篇5

关键词:有机化学实验;实验教学;教学改革

有机化学是研究有机物质的来源与组成、合成与表征、结构与性质、反应与转化及其作用机理的科学,是创造新物质的重要学科之一。有机化学基于实验,有机基础实验课程是有机化学教学的重要组成部分。有机化学基础实验是化学、生物、环境、医学和材料等相关专业重要的基础实验课,其教学质量与人才培养质量息息相关。合理高效的有机基础实验教学体系,对于培养学生分析问题和解决问题的能力、优化并扩展知识结构、掌握实验技能具有至关重要的作用。多年来,我校有机实验教学团队在实验项目选择、教学大纲制定和教材建设等方面坚持以学生为本,以能力培养为核心,逐步构建了基元操作实验、多步合成实验、半探索型实验等循序渐进的三层次教学体系。对教学内容、教学方法、考核方式和开放实验不断探索和改革,将对学生素质、知识和能力的培养贯穿于整个有机化学实验教学中,取得了预期的教学成效[1-4]。

1必修的基础有机实验

1.1实验内容改革

基础有机化学实验主要包括基本知识、基本原理、基本操作,以及有机合成、产物的分离和纯化、产品质量分析与表征等内容。按我校提出的“三三制”教学改革要求,不断更新教学内容,注重有机化学实验内容的前沿性、交叉融合性、应用性、趣味性、环保性[5]及实验手段的现代化,在改造、更新、优化组合实验内容的同时,循序渐进地将实验规模由常量向小量、半微量[6]、微量转化,并将现代仪器分析技术与有机合成、分离纯化技术结合,按基础训练—综合训练—半探索型实验三个层次进行推进。

1.1.1全面开放现代大型分析仪器将现代仪器分析技术全面引入基础有机化学实验教学和开放实验教学,使有机合成、分离纯化、结构表征及质量分析有机结合,进一步巩固、强化基本操作训练,使学生获得试剂处理、有机合成、分离纯化、结构鉴定和质量分析五位一体的综合训练,提高学生的实验技能和水平,促进教学相长。学生通过使用UV、IR、1HNMR、GC、GC-MS、HPLC等仪器来鉴定、表征自制的产品,对产品不仅有量的概念,而且有质的把握,能够较全面地认识一个化合物的性质,有助于诱导学生的发散性思维,唤起他们进一步提高有机合成技术及进行创新实践的意识[7-11]。

1.1.2开设研究型教学实验1)引入有机化学研究领域的热点课题。如将手性联萘酚的制备及表征引入基础有机化学实验,使学生接触有机化学的新成果、新知识、新设备、新方法。学生通过查阅文献,了解光学纯联萘酚目前在不对称催化合成中的应用及国内外的研究进展,拓宽学生的视野,提高学生的学习兴趣。并将此课题作为开放实验让感兴趣的学生进一步深入研究,如用毛细管电泳拆分联萘酚及其衍生物,与手性HPLC拆分方法进行比较;将手性联萘酚作为催化剂研究扁桃酸的不对称合成等。要求学生从查阅文献到进行实验再到最后递交论文均独立完成,其中有的试剂可几人合作制备,充分发挥学生的主观能动性及团队精神,全面训练学生的实验技能和科研素质。2)开放式实验操作考试。大二学年第二学期末,对学生的考核方式由原先的笔试改为全开放式实验操作考核,主要考查学生近一年中所学理论知识与实验技能全面融会贯通、灵活应用的能力,有机基础和现代仪器分析等综合操作技能,以及分析问题和解决问题的能力等。3)改进经典的合成实验,体现化学绿色化。如苯甲酸乙酯的合成常用浓硫酸作催化剂,腐蚀性大,副反应多,使用不安全,废液污染环境。实验教学中,引导学生分别采用不同的催化剂如对甲苯磺酸等及不同的反应方式如磁力搅拌和不搅拌等,并与浓硫酸催化酯化进行对比。了解实验改进的重要性和可行性,学会改进实验的方法、技术和思路。

1.1.3将实验教学与有机学科前沿相结合与学科教师紧密合作,将科研成果向教学转化,开发新的教学实验,如将过渡金属催化偶联反应(Suzuki-Miyaura交叉偶联反应)应用于2016年全国大学生化学实验竞赛和教学实验中[12-13]。每学期定期邀请有机学科教师,特别是“青千”“优青”教授进行学科前沿讲座,向学生介绍最新的有机化学研究进展,激发他们参与科研的热情。此外,还引入对学生身边常见的天然产物的研究,激发学习兴趣,产生学习源动力。例如,辣椒红色素的提取、分离及鉴定;从茶叶中分离咖啡因[14];将超声波、微波等新技术引入传统合成实验,如用微波法合成联萘酚,用超声波法合成三苯甲醇[15],缩短实验时间,提高实验效率;引导学生利用所学知识,变废为宝,净化环境,增强环保意识,如利用废聚酯饮料瓶制备对苯二甲酸[16]等。

1.2教学方法改革

不断改进教学方法,由原来“一讲课二巡视”的传统教学方法转变成“一扶二送三放手”的教学方法。在第一学期基本操作、简单合成及仪器分析实验阶段,以教师讲授为主,通过示范操作、电视录像、双向互动式多媒体演示讲解等,将连仪器都不认识的学生扶上马,第二学期再送一程,一个月后以学生为主,教师为辅,放手让学生自己走,教师主要针对学生在实验过程的质疑进行引导。学生进到实验室即可开始实验操作,并可随时与教师或其他学生进行讨论。这样可以提高学生的预习质量和效果,提高学生的自学能力和互助精神,增加学生实际动手操作时间。教师可对动手能力差的学生进行反复指导和帮助,使每个学生通过实验都能有所启发、有所收获。同时,尝试改进传统的实验报告格式,要求学生将部分实验的实验报告写成小论文,调动学生的学习积极性,扩大知识面,提高对实验结果的分析总结及书面表达能力。

2选修的开放实验

为了使学生在掌握基本操作技术和知识的基础上,进一步提高实验能力和水平,激发求知欲,培养独立思考并运用已学知识解决实际问题的能力,应为学生提供个性发展、提升创新能力的场所和条件。多年来,除利用双休日、学生平时的空余时间、寒暑假进行开放实验教学外,还专门开辟了有机化学开放实验园地,展示学生的开放实验论文,为学生相互间的学习、研究、讨论、交流提供方便。

2.1确定开放实验课题

由于有机化学开放实验面向的是二年级的本科生,因此开放实验的核心问题是确立难度适当的实验课题。首先要广泛收集教师、社会和企业的科研课题以及需要更新实验的课题,每学期从中选择涉及有机化学、生命科学、食品营养学、农业化学、商品检测、功能材料等相关学科领域中的研究课题,作为开放实验课题。这些课题兼具综合性、实用性、趣味性和研究性,内涵丰富,外延宽阔,又有一定难度和深度,使学生看起来既新鲜有趣又富有挑战性。每次课题“菜单”一经公布,就会立即引起热烈反响,学生会踊跃报名选择自己最感兴趣的课题。此外,还提倡学生自带课题。

2.2实施方法

学生选好课题后,首先需要查阅文献、设计实验方案、准备药品仪器、配制试剂,然后要具体进行实验研究并撰写论文等,整个过程均由学生自行完成。这种方式能够充分发挥学生的主观能动性,全面锻炼实验工作能力和团队精神,拓宽专业视野,使他们能够较早接触有机化学实验技术的发展前沿,得到更多的实验技能和科研素质方面的训练。每天有两位指导教师负责审查学生的实验设计方案。在确保安全的前提下,他们会尽量尊重学生的设计方案,并参与实验讨论,尽可能地为学生提供方便。选择教师在研课题的学生,将进入教师实验室,由负责的教师进行指导,实验完成后,每人需递交相关论文。

2.3实施效果

尽管课题的难易程度不同,但参加开放实验的学生均能有所收获,主要体现在以下方面:(1)巩固了学过的有机实验基本操作,学到了更多有机实验新技术、新方法、新手段。如通过查阅电子文献,了解学习微波合成方法、超声波合成方法、微波-超声波联用技术、毛细管电泳拆分方法、手性HPLC拆分方法、无水无氧双排管操作技术、手性催化不对称合成、固相微萃取-气质联用技术、低温反应技术、薄膜浓缩、色谱和光谱分析技术等。(2)增强了综合运用知识解决实际问题的能力及科技论文写作能力。整个研究过程均由学生自行完成,充分发挥了学生的主观能动性,全面锻炼了学生的实验工作能力和团队协作精神。(3)拓宽了知识面,丰富和深化了书本知识,获得了更多的知识信息,激发了他们对化学的学习兴趣。学科教师所拟出的开放实验课题,不是对现有实验课程的简单重复和补充,而是希望以此为媒介将学生引导到有机化学学科发展及实际应用的各个层次和领域,拓宽视野,激发学习兴趣,使他们感到有机化学无处不在,无处不用,与国民经济的发展息息相关,这对他们今后的学习和工作都具有很好的引导和潜移默化作用。