水相合成法在有机化学实验教学中的探索与实践

刘 超,王红艳,王 聪,耿 涛

宿州学院化学化工学院,安徽宿州,234000



水相合成法在有机化学实验教学中的探索与实践

刘 超,王红艳,王 聪,耿 涛

宿州学院化学化工学院,安徽宿州,234000

结合有机化学实验教学现状及对水相合成法特点的分析，总结了水相合成法在有机化学实验教学中的优势，探讨将其应用于有机化学实验教学的可行性。以水相合成N,N′-二对甲苯基乙二亚胺在有机实验中的实际应用为例，说明将水相合成法应用于有机化学实验教学具有一定的科学性和实际操作性，并可以有效地降低实验教学成本、丰富教师的教学内容和模式、完善学生的知识结构和创新思维，在减少环境污染、促进绿色化学发展等方面都具有重要意义。

水相合成；有机化学；实验教学；探索；实践

有机化学实验作为一门独立的实践教学课程，是化学和化工等专业的专业基础课程之一，在培养学生实验操作能力、分析问题和解决问题能力等方面起到非常重要的作用[1-2]。目前，各高校所用的有机化学实验教材及开设的实验项目相对固定，所采用的实验合成技术也比较传统和单一，这与当今高速发展的化学产业极不相称，也很难适应现代教育发展所提倡的高素质和多技能的人才培养目标[3-4]。

水相合成法是近些年科研上较为常用的一种合成方法[5]，但目前在有机化学实验教学上的应用却较少见，将水相合成技术引入到有机化学实验教学中来，可更好地适应教学发展和对学生实验技能培养的需要。通过水相合成法在有机化学实验中的运用，切实提高学生的实验操作技能和专业知识水平，进而促进学生绿色化学理念的建立，更好地适应现代化学产业的需求。

1 水相合成法的特点

水相合成法以水为主要反应溶剂，是一种行之有效的有机合成方法，目前在化工生产和科学研究等方面有着重要应用，相对于传统的合成技术，它具有自身独特的优势和特点。

1.1 原料价廉易得

水是一种最为常见的溶剂，在自然界中广泛存在。传统有机合成技术所使用的溶剂大多为有机物质，均要经过生产和提纯等多道复杂工序，在人力和财力上需要有较大投入。蒸馏水、二次蒸馏水是水相合成法常用的反应溶剂，可通过普通的蒸馏水制备装置随时大量生产，价格低廉、极易获取，在化学实验等领域具有广阔的应用前景。

1.2 技术简单易实现

水相合成法适用范围较广，可以应用于多种有机反应，而且技术较为简单，不需要繁琐复杂的技术手段。选用水相合成法的标准主要考虑以下三个方面：反应物的溶解性、反应条件的控制和产物的分离提纯。首先，反应物在水相中要有一定的溶解性，以利于反应分子之间的接触和碰撞，促进反应的进行；其次，反应体系的温度控制一般不超过水的沸点，不需要高温高压反应时所需要的精细设备和复杂要求；最后，多数有机产物在水相中难以溶解，可以根据这个特点，采用抽滤、倾倒母液等简易方式加以提纯。与传统的合成技术相比，水相合成法操作简单，更易实现。

1.3 对环境无污染

在传统的有机合成中，醇类、苯类和醚类等有机溶剂被大量使用，这些有机物质的开发和生产过程会直接污染周边环境，对水源、土壤和动植物等造成了极为严重的威胁，有些地区的生态环境已经恶化到了令人触目惊心的地步。水相合成法具有自身独特的优势，不仅可以优化反应路径和合成效率，而且可以最大限度地解决由于溶剂使用而导致的环境污染问题，有效促进了化学产业的良性发展。

2 水相合成法在有机化学实验应用中的优越性

2.1 有利于学生环保意识的建立

目前，各类资源的过度开发、能源的浪费、有害化学物质的无序排放已导致生态环境恶化，而这些问题与化学产业直接或间接相关。面对这种现状，提倡绿色化学、培养学生的环保意识已经成为当今社会刻不容缓的任务。有机化学实验是培养学生环保意识的有效平台，可以在有机化学实验课开设时增加水相合成方面的知识和内容，在实验教学中向学生宣传“绿色化学”观念，培养学生的环保意识和可持续发展理念。通过水相合成技术将绿色化学理念贯穿到整个实验教学过程中，积极引导学生了解水相合成法的优越性，培养学生绿色化学理念，进而加快学生环保意识和环保责任的建立，切实做到人与环境的和谐发展。

2.2 有利于学生知识结构的改善

目前，学生实验最常用的是有机溶剂合成法，对这种方法学生已经司空见惯，久而久之就会形成惯性思维，不利于新方法和新技能的开拓和掌握。在这种模式的长期熏陶下，学生的动手能力和实验水平不会有大幅度的提高，知识结构和创新思维得不到全面改善。

在有机化学实验教学计划中适当增加水相合成方面的内容，将有效填补上述不足和欠缺，极大地丰富和完善学生的知识结构和体系。由于接触到新知识和新技能，学生的学习热情和动力会被充分调动起来，进而形成一种良性的互动关系，这对于改善学生知识结构和提高实验水平也将发挥重要的作用。

2.3 有利于丰富教师的教学内容

现代化工产业飞速发展，新技术新方法层出不穷，为适应现代化学教育的需要，有必要对有机化学实验项目和内容进行更新和补充，进而丰富教师的实验教学内容和方法。目前，各高校的有机实验教材上很少有采用水相合成的实验项目，教师的教学思路和手段比较单一，教学内容和方法得不到及时有效的拓展，学生很难充分学到实用的合成技术，最终造成实验技术单一、学生动手能力不强、与现代化学教育脱节等不利现象。教师只有在实践中不断更新自己的教学理念，采用新方法和新技能，及时充实有机化学实验教学内容和体系，才能切实提高实验教学效果和学生学习质量。

2.4 有利于节省实验教学成本

化学试剂种类多和用量大是有机化学实验的典型特点，作为易耗品的化学试剂具有消耗性和低回收性等特点，在使用过程中会产生不菲的教学成本。因此，在制定教学计划之初，需要对实验项目进行优化和选择，将教学效果好且符合教学大纲要求的实验项目安排到教学计划中。除此之外，还需要对实验技术进行改革和完善，将用量大、成本高的试剂替换为价廉易得的溶剂，将实验教学成本降低下来。水相合成法采用廉价的水作为溶剂，原料来源广泛、价格低廉，可以在保证教学效果的同时有效降低教学成本。水相合成实验所节省的经费虽对整个学校的实验经费支出影响不大，但把成本节约意识推广到其他各类实验教学中去，渗入到教学和管理的各个环节，做到精打细算、科学使用和开源节流，学校实验经费的使用将会更加科学化和规范化。

3 水相合成法用于有机化学实验的可行性

与无水无氧技术、微波技术和无溶剂技术等不同，水相合成技术不需要昂贵的实验设备和复杂的实验条件，只需要在常规有机化学实验室中即可进行，仪器设备可采用有机实验室中广泛使用的磨口玻璃仪器和磁力加热设备。目前，各高校都加大了对基础实验室的建设和支持力度，实验室的软硬件资源得到了有效的充实和补充，实验条件获得了实质性的改善，有效弥补了以往实验场所和设备不足的缺陷，从而为在有机化学实验教学中开设水相合成实验提供了方便之门。

现在所采用的有机化学实验教材中，合成类实验基本上都是在有机反应体系中进行，有关水相合成的实验实例非常稀少，这为在本科教学阶段增设水相合成实验提供了机遇和平台。各高校可以充分利用自身资源和教学研究成果，组织相关教师自行编写有机化学实验教材或讲义，选用几个典型的水相合成实验充实有机实验教学体系，丰富有机化学实验教材的内容。

课堂教学上，教师可以通过教学方法和手段的综合运用，针对具体事例进行讲解，使学生在了解传统合成技术的同时，深刻领悟水相合成法的优势和特点；另外，教师可以将水相合成法与传统合成方法进行比较，使授课内容更加丰富，教学手段更加多样。在此背景下，学生的思路和领悟能力将逐渐得到展开，在潜移默化中提升自己的接受能力和理解力，达到事半功倍的效果。

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.04.036

2014-12-18

安徽省教育厅专业综合改革试点项目“应用化学专业综合改革试点”(2014zy073)；安徽省教育厅校企合作实践教育基地项目“师范生培育综合实践教育基地”(2013sjjd028)；安徽省教育厅教研项目“‘工程教育背景’下，化学工程与工艺本科专业实践教学中的问题与对策”(2012jyxm546)；安徽省教育厅教研项目“产学研一体化模式下应用型本科高校化学化工类专业实践教学体系的构建”(2014jyxm383)；宿州学院教研项目“应用能力培养为导向的应用化学专业实验教学改革与实践”(szxyjyxm201225)。

刘超(1977-)，安徽怀宁人，硕士，讲师，主要研究方向：有机合成和金属有机化学。

G642.0

A

1673-2006(2015)04-0125-03