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绿色环保可持续发展模式研究

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药物化学是药学类各专业重要的一门专业课,也是一门实验性较强的课程,其理论课与实验课学时数之比约为1∶0.8,实验课占总课时数的42%。因此,实验课是药物化学教学中不可缺少的重要环节,对培养学生创新性思维,训练学生的基本技能起着重要作用。高等药学院校所开设的药物化学实验课,大多采用常量实验方法操作,存在着所用的有机试剂药品用量大,教学经费开支逐渐年增多,实验室内空气污染严重,中间产物及最终产物后处理繁琐,污染环境等不利于可持续发展,与科学发展观相悖的问题。小量和半微量实验,即固体和液体产物保持在1克和5克左右所进行的实验,由于其具有节约试剂,减少污染,安全方便的特点,有利于减少环境污染,体现了绿色化学的时代特征,正在受到普遍关注,成为实验教学的发展趋势。

20世纪90年代初,美国国会通过通过《污染预防法案》,明确提出了污染预防这一概念,要求杜绝污染源,指出最好的防止有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废弃物,这个法案推动了化学界为预防污染,保护环境作进一步的努力。美国化学会(ACS)提出了绿色化学(GreenChemistry)新理念。绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用,并且在技术上和经济上可行的化学过程。很明显,绿色化学要求负作用尽可能小,基于这一概念被誉为“化学实验的革命”的半微量实验应运而生[3]。我校在2011年药物化学实验中,开展了小量-半微量实验,使学生既能掌握分离,提纯,鉴定的操作,又能直接观察到实验过程中的物理化学变化,达到节约试剂用量,提高实验效率的目的。本文结合在药物化学实验教学中,开展半量药物化学合成实验,谈谈在小量-半微量实验中,传播绿色化学理念,促进新课程改革,转变化学学习方式,培养创新能力的一些做法。

1将药化实验由常规实验改为小量-半微量实验

在药物化学小量-半微量实验改革中,我们选用了半微量有机合成制备仪,选择了药物化学实验中具有代表性的实验:扑炎痛的合成和磺胺醋酰钠合成进行探索,以推动药物化学实验向绿色环保转化。从表1可见,采用反应装置为标准的小量-半微量配套装置,实验中固,液反应起始原料减少了二分之一,如磺胺醋酰钠合成,常规实验磺胺用量为17.2g,醋酸酐的用量为13.6mL,采用半微量实验后,磺胺用量为8.6g,醋酸酐的用量为6.8mL。可以看到常量法操作药品用量大,而微量法中药品的用量大大减少,所得目标产物在4~5g之间,既满足实验要求,又能将产品用于熔点测定,从而达到减少实验污染目的。

2结果与讨论

2.1半微量化学实验课程资源开发和利用的价值

2.1.1开展半微量化学实验,有利于减少污染我校药物化学实验课,每次开放两间实验室,每间实验室有26组学生同时进行实验,周实验课循环次数至少4次,由于学生人数多,实验室重复利用的次数也多,所使用易燃,易爆,有毒和腐蚀性强的化学试剂量也多,实验过程中所散发出来的二氧化硫等有毒废气对实验室环境造成严重污染,对学生的健康产生严重损害,存在多种潜在的危险因素,极易发生各类事故,给国家财产和师生员工健康造成严重损失。国外一些发达国家的学校实验室,在进行化学实验时特别提倡“绿色化学实验”并执行“绿色化学实验”的“4R”原则。即reject,拒用危险品;reduce,减量使用;recycle,循环使用;reuse,重新使用。为此,我们在药物化学实验中,采用小量—半微量实验,尽量减少或彻底清除产生有毒物质,将预防化学污染的理念融会于药物化学实验课的全过程中,促进学生绿色化学意识的形成,培养学生“4R”原则的思维方式,将体现绿色化学的“4R”原则,落实在实验的各个环节确保实验的绿色化。

2.1.2开展半微量化学实验,能减少化学试剂的用量,降低实验成本在药物化学实验过程,由于采用标准的配套半微量反应装置,磨口的圆底烧瓶容积由常量的250mL;125mL;改为60mL;25mL。实验中,取用的化学试剂的量,是常规实验实验用量的二分之一,如磺胺醋酰钠的合成,常规实验磺胺用量为17.2g,乙酸酐用量13.6mL,采用半微量实验后,确定磺胺用量为8.6g,乙酸酐用量为6.8mL。从表1可以看出常量法操作操作药品用量大,而微量法实验中用品减少。

2.2半微量化学实验课程的开设,有利于培养学生绿色化学理念原有的一些常规有机实验,不太从环境“友好”角度进行考虑。例如在磺胺醋酰钠合成中,使用的试剂是磺胺;醋酐;浓盐酸,在烧瓶内加热蒸馏,产物为磺胺醋酰,副产物为二氧化硫,氯气等。安全隐患大,反应时间长,反应时间,产生大量酸性废液而污染环境。由于采用半微量实验,试剂用量仅为常量的二分之一。因而减少了废气,废液,废渣等“三废”的排放,大大降低了对环境的污染。同时,还能有效防止诸如爆炸,剧烈燃烧,中毒等异常情况的产生,创造一个良好的实验环境。

3结语

开展半微量药物化学实验,对于传播绿色化学理念,促进化学新课程改革,培养创新能力有重要意义。半微量药物化学实验,也体现了一种”简洁、方便、省钱“的实验特点,对培养学生的环境保护意识,提高学生的操作技能和综合素质大有益处。我校从2011年开始在药物化学实验中开展半微量实验,从实验的设计,实验过程中所有的操作都充分尊重绿色化学理念,在环境保护上给学生起着良好的示范作用。在半微量实验教学过程中,我们也发现了一些不足之处,比如由于实验试剂用量减少,实验过程中,对所出现的实验现象难以观察。在进行多步骤综合型实验时,由于多步合成中间体的产率与纯度都关系到下一步反应能否进行,因此对学习基础知识相对薄弱,操作不认真不仔细的学生,在完成此类综合型多步合成反应就较困难。为此,也提示我们在今后的教学过程中,要强调学生在实验前预习,查阅有关参考书,文献,物理常数,带教老师要多给予提示和指导,及时解决实验中可能出现的问题,提高学生的操作技能。

21世纪是一个创新的世纪,创新是一个民族进步的灵魂,是落实科学发展观,走可持续发展的不竭动力。与发达国家相比,我国在药学教育中推广绿色化学理念还有许多工作值得进一步研究和探索,通过开展小量—半微量实验构建药物化学绿色环保可持续发展模式,在保证药物化学实验教学质量的同时,能培养学生的绿色环保意识,为推进以创新为核心的素质教育培养打下坚实的基础。

作者:谢云峰 谢集照 龙盛京 单位:广西医科大学药学院

绿色环保可持续发展模式研究责任编辑:杨雪    阅读:人次