论文部分内容阅读
绿色化学符合可持续发展的需要,是当代化学科学的重要特点与前沿方向,引起了世界范围内的研究热潮,其教育亦得到普遍重视。研究本科化学教学中对绿色化学教育的渗透,是迎合时代特征的。在此背景下,我们选取大学有机化学学科为研究对象,讨论其中的绿色化学教育,并依据其学科特点,结合绿色化学的相关要求,设计和推荐-个绿色的综合研究型有机化学实验,选取部分化学专业学生进行实践,最后提出渗透绿色化学教育于有机化学教学的策略,具有一定的理论及现实意义。我们希望本研究能对无机化学、分析化学等其他化学学科或领域的相关研究及实验与教学设计带来一些新的思路,提供一定的参考和建议。本研究主要运用了文献分析研究、问卷调研及实验探究等手段。首先通过文献分析研究对当前绿色化学及其教育的现状与进展进行了梳理,然后从以下几方面来阐述有机化学教学中渗透绿色化学理念的必要性:(1)时代的需求;(2)可持续发展的需求;(3)化学学科发展的需求;(4)素质教育的需求;(5)课程改革的需求。之后通过问卷调研了解大学有机化学中绿色化学的教学现状,并对相关问题进行分析总结。随后我们依据《有机化学》教材中相关内容及绿色化学与绿色化实验的相关要求,设计了一个绿色的综合研究型有机化学实验—光诱导合成2-取代苯并咪唑和苯并噻唑,进行了相关实验创新的应用实践。最后讨论提出了在有机化学教学中渗透绿色化学教育的策略,主要有:(1)课堂讲授及化学实验中渗透绿色化学理念;(2)理论与实验相结合,改进教学内容和教学方法;(3)利用绿色化学习题深化绿色化学意识;(4)举办绿色化学知识讲座及绿色化学知识与创新实验竞赛;(5)实施终结性评价和形成性评价并存的策略。设计实验时,我们选取了在医药、农药及工程材料等领域均有重要应用价值的苯并咪唑及苯并噻唑作为合成目标,通过大量查阅其近三至五年的应用与合成进展,加之绿色化学理念的指导,最终设计出通过可见光诱导进行合成的新方法。该方法无需加热,过程简单,条件温和,方式新颖,对设备无特别要求,在室温下通过可见光照射便可诱导反应进行,且溶剂为乙醇,对环境友好无污染。此外在反应进行的过程中,体系会有明显的颜色变化,学生可根据圆底烧瓶中反应体系颜色的变化切身感受到反应的进行,增强实验和学习兴趣。本实验完全符合当下所倡导的绿色化学理念,在学生亲手操作的过程中会对于绿色化学有更深的学习和体会,使其树立正确的科学态度,理解绿色化学的理念和内涵。(1)前期的研究中,我们探索了用硫诱导合成3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪,测定了这类化合物的紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和电化学性质,应用基于密度泛函理论的计算给出了这些化合物的几何优化结构、福井函数及计算的轨道能量等。(2)通过对所得四嗪类化合物光谱性质和电化学性质的研究,我们发现其在可见光区(>420 nnm)表现出强烈的吸收,且四嗪相连苯环上的取代基对化合物的吸收有影响。这些化合物的电化学行为被证明是完全可逆的,表明它们在光电应用方面有很大的潜力。(3)我们用合成的3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪作为催化剂,利用其光学性质和电化学性质,通过光诱导成功合成出一系列的2-取代苯并咪唑和2-取代苯并噻唑,并做了相应的结构表征。本论文第一阶段关于硫诱导合成3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪的研究已发表(Novel 3,6-unsymmetrically disubstituted-1,2,4,5-tetrazines:S-induced one-pot synthesis, properties and theoretical study, RSC Advances,2015,5,12277),后续的研究工作已着手整理拟投。