綠色化學指導下藥學實驗教育改革

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摘要：“綠色化學”是屬于新時代的化學，而藥學是化學的衍生學科，所以“綠色化學”概念對于藥學教育的改革有著重要的指導意義?！熬G色化學”十二原則是其基本特征與主要的指導原則。本文將從四個方面循序漸進地闡述進行藥學實驗教育改革的必要性以及“綠色化學”十二原則對藥學教育改革的指導意義，并對藥學實驗教育改革提出一些切實可行的建議。

關(guān)鍵詞：藥學實驗；教育改革；綠色化學

1藥學與化學

藥學是化學的衍生學科，而化學也是藥學的基礎與靈魂。藥學高等教育離不開基礎的化學教育，無機化學、有機化學、分析化學、儀器分析、物理化學這五大化學為藥學的后續(xù)教學奠定了必要的理論和實驗基礎，因此眾多醫(yī)藥高校無一例外都將它們作為藥學基礎主干課程?？梢哉f，化學貫穿著藥學生的學習和未來的職業(yè)生涯。藥學高等教育的重要組成部分之一是實驗教學，部分實驗設計都直接來源于化學教育實驗設計，對培養(yǎng)學生的實驗操作能力、科研思維、創(chuàng)新能力都有重要的作用。值得注意的一點是，化學中存在的一些問題也在藥學實驗中不可避免的顯現(xiàn)出來，甚至因藥學領域的特點而放大加劇，例如有機溶劑在藥學實驗中用量遠大于普通化學實驗，所造成的環(huán)境問題也更加嚴重。近年來化學的概念朝著環(huán)境友好的方向不斷的發(fā)展，而藥學似乎沒能緊跟上步伐，因為觀念滯后帶來的問題日趨嚴重，追隨時代潮流的藥學教育改革刻不容緩。

2綠色化學

2.1綠色化學的定義

隨著國家以及世界對人類生存環(huán)境問題的愈加重視，“綠色化學”概念的提出符合人類與環(huán)境友好共處的發(fā)展方向。綠色化學是環(huán)境友好的化學，是指在化學品的設計、開發(fā)、制備和應用過程中利用化學原理來減少或消弭對人類健康和環(huán)境有害的物質(zhì)的使用和產(chǎn)生。其中心思想是把化學和化工生產(chǎn)的現(xiàn)有技術(shù)路線從“先污染、后治理”改變?yōu)椤皬脑搭^上根除污染”，它與分析化學、有機合成、催化生物化學等學科都密不可分，身處當今國際化學研究的前沿［1］。綠色化學是對環(huán)境問題的重新審視，要求我們在獲得新物質(zhì)的過程中，不只是在化學反應末端控制廢物的產(chǎn)生，而是要在化學過程中盡量減少產(chǎn)生廢物，提高反應過程的原子經(jīng)濟性，充分利用每一個原子，使反應物分子中的原子全部轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物，從而實現(xiàn)對環(huán)境的治理由治標轉(zhuǎn)變?yōu)橹伪荆?］。

2.2綠色化學的十二條原則

美國的總統(tǒng)科技顧問P.T.Anastas博士和馬薩諸塞大學的J.C.Waner教授通過大量的研究工作，提出了綠色化學的十二條原則。這些原則目前是獲得世界公認的指導綠色化學發(fā)展的基本原則：（1）防止污染優(yōu)于治理污染；（2）提高原子經(jīng)濟性；（3）盡量在化學合成中減少使用有毒原料和產(chǎn)生有毒物質(zhì)；（4）設計安全的化學品；（5）使用無害無毒的助劑及溶劑；（6）合理使用和節(jié)省能源；（7）利用可再生資源來代替消耗性資源合成化學品；（8）盡量減少非必須的衍生步驟；（9）采用高選擇性催化劑來代替化學計量助劑；（10）產(chǎn)物的易降解性；（11）發(fā)展分析方法，對污染物實施在線監(jiān)測和控制；（12）減少易燃易爆物質(zhì)的使用，最大程度地降低事故隱患［3］。

3綠色化學對藥學實驗教學的啟示

實驗過程中會產(chǎn)生一定的環(huán)境污染是不爭的事實。但藥學高等教育領域似乎視而不見、仍在按步就班的繼續(xù)這種陋習，以及因觀念滯后、改革不力而放任、加劇對環(huán)境不利影響的做法，與現(xiàn)實中大家對治理這些污染的認識仍然停留在“先污染、再治理”的落后思維一脈相承。雖然實驗室所制造的單次污染量相對于工業(yè)污染來說不大，但是因為同一院校、不同專業(yè)的學生也有可能會重復同樣的實驗，若不加以控制，不容忽視的累積效應堆積在排放區(qū)附近必定會造成一定的排放污染［4］。因此，減少藥學實驗污染的工作刻不容緩、勢在必行；藥學實驗教育改革也應順應歷史、與時俱進。本文將從綠色化學12原則中選取對藥學實驗教學改革有積極實際意義且急迫、可行的五條，并舉出具體實例加以論述。

3.1防止污染優(yōu)于治理污染

綠色化學摒棄了傳統(tǒng)的先污染后治理的化學思維，倡導從源頭上防止污染，這是其與傳統(tǒng)化學的最主要區(qū)別。從這個意義出發(fā)，在實驗教育之前，應該在理論課上向?qū)W生傳達綠色化學精神，培養(yǎng)環(huán)保的理念。在保證教學質(zhì)量的情況下，優(yōu)化教學項目，慎重選擇實驗內(nèi)容，遵循環(huán)境友好、低能耗、經(jīng)濟性等原則，重新設計污染更小、更環(huán)保的教學實驗。同時，還有一個現(xiàn)象值得注意。除了不合理的實驗設計帶來的污染外，有些污染往往來自人為的不恰當操作［5］。通常而言，學生對于實驗室的基本規(guī)定并不熟悉，對三廢（廢氣、廢液、廢渣）的處理十分草率。例如，將廢液直接倒入下水道等行為比比皆是，從而導致的環(huán)境污染可謂是無妄之災。這些情況都是可以通過提前教育得到改善的。在進入實驗室之前，應督促學生預習，最好讓學生手寫紙面材料，以便學生能夠熟悉實驗流程，再對學生進行理論指導，規(guī)范實驗操作，將綠色化學的概念貫徹在教學過程中，培養(yǎng)學生的良好實驗習慣，不僅能夠提高實驗效率，還能減少試劑損失。此外，要引導正確的三廢處理方式。實驗中制備的固體和液體產(chǎn)物可以用套用法，不能套用的固體進行統(tǒng)一回收；可以提純再利用含有有機溶劑的液體，針對一些酸、堿度過高以及重金屬離子的廢水進行統(tǒng)一處理；廢氣用吸收裝置回收，并且要在實驗臺上安裝排風裝置，這樣能對防止污染作出一些裨益［6］。

3.2盡量在化學合成中減少使用有毒原料和產(chǎn)生有毒物質(zhì)

有機化學的一個重要組成部分是化學合成，在藥學中的合成概念更加廣泛，合成實驗也是實驗教學中不可或缺的一部分?；瘜W家將綠色化學的12條原則定為評定合成路線、生產(chǎn)過程及化合物是否為綠色的規(guī)范。因此，綠色有機化學實驗在原料、合成方法和制備過程的選擇以及產(chǎn)物的生成等方面都應該盡量減小對環(huán)境的污染。要堅持選擇無公害的原料、反應條件，盡量控制生成環(huán)境友好型產(chǎn)物，并且減少甚至“零排放”副產(chǎn)物，即實現(xiàn)全過程綠色化［7］。實驗時，要在保障基本操作訓練的前提下，盡可能地選擇少用毒性和具有腐蝕性的原料的實驗。

3.3使用無害無毒的助劑及溶劑

在天然藥物化學、中藥化學等課程中，使用有機溶劑提取天然藥物中的有機成分是其他所有實驗的基礎。有機溶劑用量大、回收困難等特點注定了污染的存在。水作為另一種常見溶劑，提取效率較低，但環(huán)保無污染，且經(jīng)濟節(jié)約，符合綠色化學要求。在實驗效率影響比較小的情況下，應該盡可能地以水為溶劑提取，避免有毒有害和揮發(fā)性有機溶劑的使用，尤其是鹵代烴類溶劑。除了更換溶劑之外，現(xiàn)代科學的發(fā)展還給我們提供了另一種思路。隨著化學實驗技術(shù)和儀器的發(fā)展，應積極將微波輔助萃取、超聲波提取等方法廣泛應用到實驗教學中去。此類方法提取效率高，所需溶劑少，而且能夠讓學生學習到化學發(fā)展新趨勢［8］。有機化學實驗課程中催化劑被廣泛使用，在不影響實驗效果的情況下，應盡量選擇無毒、無害、無腐蝕性的催化劑代替強腐蝕性的催化劑。例如在酯化反應中使用超強固體酸代替濃硫酸、在陽離子沉淀實驗中使用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氫。

3.4合理使用和節(jié)省能源

在必須開展的實驗項目中，盡可能設計串聯(lián)實驗。傳統(tǒng)化學實驗是在理論課開設的同時配合展開的。每個實驗基本都是孤立、單獨展開的，實驗完成后，產(chǎn)物不能進行合理利用的話就會成為廢棄物，如果處理過程只是簡單拋棄，則會極大地危害環(huán)境。而串聯(lián)實驗是指通過恰當?shù)卣{(diào)整實驗教學計劃，打破學科和實驗間的界限，將同一學科兩個或兩個以上不同的化學實驗組合在一起，將前面實驗的產(chǎn)物變成后面的實驗原料，這種實驗教學方法在檢查學生操作技能的同時還提高了化合物的使用率，印證了綠色化學的觀念。這增加了學科間的關(guān)聯(lián)性，對培養(yǎng)學生的學科整體觀和創(chuàng)新思維都是有所裨益的。例如，制備乙酸乙酯的實驗完成后可以用其產(chǎn)物去制備乙酰乙酸乙酯［9］。而且每一個實驗的產(chǎn)物以及純度與下一個實驗的進行都緊密相關(guān)，這使學生要認真對待實驗，實驗積極性得到了充分調(diào)動［10］。實驗過程中很多學生因為沒有形成節(jié)約的觀念，在稱量時操作不嚴謹，稱量過后又忘記密封試劑，導致試劑浪費較多，這就需要在實驗開始前說明，特別是在進行需要使用一些容易吸濕的藥品的實驗前老師要著重強調(diào)；量取有機試劑時，容易灑出較多試劑，這種情況下需要老師將大瓶試劑用小試劑瓶分裝、小試劑瓶配置吸管以便于取用；在對照品和薄層展開劑的配制過程中，學生會配制過多造成浪費，針對這個問題，老師可以提前配好，或者學生合作配制展開劑；此外微型實驗也是目前實驗教學中節(jié)省能源的新思路，微型實驗是指用微量的藥品在微型的儀器中進行的實驗方法與技術(shù)，通過少原料、少排放、少污染，體現(xiàn)綠色化學的理念。比如過去在試管中進行的化學現(xiàn)象驗證實驗改在點滴板上操作，使用試劑只需幾滴，大大減少了試劑的用量，而達到了預期的教學效果［11］。

3.5盡量減少非必須的衍生步驟

綠色化學的要求之一是反應要具備“原子經(jīng)濟性”，也就是原料分子中到底有百分之幾的原子轉(zhuǎn)變成了產(chǎn)物。如果在反應中包含一些消除及降解等衍生步驟，則會由于生成與目標產(chǎn)物無關(guān)的分子，使得該反應的原子經(jīng)濟性變低。反應中的衍生步驟越少，原子的利用率越高，目標產(chǎn)物的產(chǎn)率越高，副產(chǎn)物或廢物的排放量就越低［12］，也利于做到環(huán)境友好。實驗室合成對溴苯胺常用的方法是用錫-鹽酸還原法，其合成過程以苯胺為初始原料，通過形成乙酰苯胺、對溴乙酰苯胺等中間體的過程，保護了芳胺上的氨基，減小了芳胺發(fā)生衍生反應的可能性，進而提高了對溴苯胺的產(chǎn)率，提高了反應的“原子經(jīng)濟性”。

4結(jié)語

“綠水青山就是金山銀山”。藥學與其他的傳統(tǒng)化學行業(yè)既有相似性又有其獨特性，所以在藥學實驗的過程中如何落實“綠色化學”的目標值得所有藥學人去理解、去思辨、去實踐?，F(xiàn)代大學生是新時期科技發(fā)展、優(yōu)化環(huán)境、社會進步的主力軍，將成為未來藥學學科、制藥行業(yè)、國民健康的頂梁柱，培養(yǎng)綠色積極的思維模式及實驗習慣、引導學生樹立科學正確的環(huán)保意識意義重大。為此，在“綠色化學”的指導下，堅持不懈地做好藥學實驗教育改革，對現(xiàn)在的藥學教育及整個藥學行業(yè)都將起到積極的意義。

參考文獻

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作者：田婧鋆 孫倩倩 王鵬龍 鄧巧虹 譚鵬 李強 劉永剛 單位：北京中醫(yī)藥大學中藥學院