绿色化学教育的必要性人类在社会发展和科技进步中,需要从地球环境中获得各种各样的资源,除了天然物质以外,还合成了大量新的化合物,目前,依靠对物质结构的了解,人类的化工生产技术已经发展到了一个新的高度,各种自然界所不存在的结构复杂的新型材料、药物等都源源不断地合成出来,同时,化工生产过程中产生的废弃物、有毒有害物质也大量排放进入环境,带来严重的环境污染。1992年,美国化学工业用于环保的费用为1 150亿美元,清理已污染地区花去7 000亿美元。1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元,环保费用为10 亿美元[4]。所以,从环保、经济和社会的要求看, 化学工业不能再承担使用和产生有毒有害物质的费用,需要大力研究与开发绿色化学。
绿色化学的提出,为化学注入了新的活力,要使绿色化学真正在环境保护上起作用,最终还要靠教育。化学教育与环境教育有着密切的关系,绿色化学不仅是化学教育与环境教育的结合,同是也是21世纪高素质教育和可持续发展两大战略目标的完美结合。因此, 绿色化学教育进入化学教育领域,这是教育改革的必然趋势。绿色化学教育的实施必须体现绿色化学的新内容,理论联系实际,要在课程教材中体现绿色化学的理念,使绿色化学的思想和内容贯穿于教育的始终。课堂教学是化学教学的主阵地,在课堂教学、实验教学、实践活动等方面,按照“适时、适度、适量”的原则渗透,贯彻绿色化学的思想, 树立起绿色意识,培养学生从事绿色化学研究与开发的能力。培养新一代具有良好环保意识的医药学人才。
绿色化学教育的实践和探索化学作为医学院校一门基础课程,渗透绿色化学教育内容显得尤为重要。目前一些学校所使用的化学教材中,能涉及绿色化学内容的还很少,有些甚至没有。因此,在课堂教学中,用绿色化学的实例充实化学教学内容,使学生在潜移默化中受到绿色化学教育。教师也要充分挖掘和利用教材,尤其是有机化学中有很多可以渗透绿色化学知识的地方,只要教师在授课时,稍加引导,就可以使学生受到绿色化学的教育,增强学生的环保意识。我们在课堂教学中主要从以下几个方面加以引导。反应试剂的绿色化在反应中尽可能使用可再生、无毒或毒性很小的原料。
现有化工生产中仍在使用的一些剧毒的化学品,如光气、氢氰酸等应尽可能用无毒无害的原料来代替。例如讲到碳酸二甲酯的制备时,传统方法是用光气来合成,我们给学生讲的是Tundo报道的用二氧化碳代替光气的新方法。传统的用丙酮、氢氰酸为原料合成有机玻璃单体(甲基丙烯酸甲酯),我们给学生介绍了美国Shell公司开发的用丙炔、一氧化碳、甲醇合成的新工艺。使同学们对绿色的反应试剂有所了解。反应条件的绿色化催化剂、溶剂对环境的影响不容忽视。如烷基化、酯化、水合、酰化、烃类异构化反应中一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂,这些催化剂缺点是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。我们给学生介绍了国内外报道的分子筛、杂多酸、超强酸等新型催化材料在有机合成中的应用。如异丁烷与丁烯的烷基化工艺中原来使用氢氰酸或硫酸作催化剂,现在用新开发的负载型磺酸盐 /SiO2催化剂代替。
反应的原子利用率原子利用率尽可能为100%,实现最大限度的节能和零排放,在化学合成特别是有机合成中,减少废物的关键是提高选择性问题,即选择最佳反应途径,反应物原子尽可能多地转化为产物原子,最大限度地减少副产物,会真正减少废物的生成。美国著名有机化学家Trost在1991年首先提出了原子经济性(Atomeconomy)的概念,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中,达到零排放。在讲乙烯催化氧化制备环氧乙烷时通过比较传统的氯乙醇法和现代的催化氧化的优劣,引导学生明白原子利用率的概念。在讲述加成反应如Diels-Alder反应、缩合反应如羟醛缩合、酯缩合等反应时可分别让学生计算原子利用率,并引导学生用原子利用率的新观点去体会各类不同反应对有机合成的经济价值和环保
