水无氧技术在有机化学实验教学中的研究与应用

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　　摘    要：实验研究工作中经常会遇到一些特殊的化合物，有许多是对空气敏感的物质——怕空气中的水和氧，为了研究这类化合物—合成、分离、纯化和分析鉴定，必须使用特殊的仪器和无水无氧操作技术。所以，无水无氧操作技术已在化学中较广泛的运用。在有机化学实验教学课程中开设无水无氧实验操作，使学生接触并掌握有机合成的高级操作，有助于培养学生的科研思维，激发学生的研究兴趣。
　　关键词：无水无氧技术;有机化学实验教学;研究;应用
　　1  前言
　　随着化学化工领域发展，对于专业人才的需求越来越多，对实践操作技能的要求也越来越高。化学作为一门实验科学，学生参与各种化学实验是本科生提高自身综合素质和创新能力的重要环节。为此，一些综合性大学对化学实验进行了一系列改革，提出了在本科高年级开设综合化学实验，这对实现高素质专业人才培养具有举足轻重的影响。
　　无水无氧技术是最近几十年新兴起来的一门技术，在有机化学和无机化学中有着广泛的应用，已经成为一门必须掌握的实验技术。为了让学生在本科阶段接触到无水无氧技术，有必要将无水无氧实验作为化学实验教学改革的一部分引入到本科教学中来，这对形成更为合理的实验教学体系有着积极的作用和价值。
　　2  无水无氧实验技术的分类和特点
　　目前，无水无氧操作技术发展比较成熟，主要有以下三种类型：（1）高真空线操作（Vacuum-1ine）;（2）手套箱操作（Glove-box）;（3）Schlenk操作。
　　2.1  高真空线操作技术（Vacuum-1ine）
　　高真空线操作技术的要求很高，尤其是对真空度的要求更为苛刻，它要求实验的整个操作过程都在真空或接近真空的系统中完成，这对于它的应用和推广有着较大的局限性目前，这种技术只能应用于一些特殊的领域，在有机化学实验教学中广泛采用的可行性不大。
　　2.2  手套箱操作技术（Glove-box）
　　手套箱操作技术是在纯的惰性气体环境中进行，对真空度的要求較高，使用领域较为广泛相对于下面所介绍的Schlenk操作技术，它存在着一定的不足，尤其是在进行化学反应和将体系抽真空方面，加上装置本身的特殊性，它在某些领域的使用还是存在着一定的局限。就目前而言，这种技术还不适合推广到本科的有机化学实验教学中13Schlenk操作技术。
　　2.3  Schlenk操作技术
　　在惰性气体的保护下，使用特制的玻璃仪器进行操作，它的中心部件是双排管，所以，Schlenk操作技术有时也被称为双排管操作技术。这一技术对真空度有一定的要求，除水和除氧的方法都比手套箱简单、安全和有效通过Schlenk操作系统，可以进行各种化学实验，也可以利用双排管操作技术对产物进行分离纯化、转移和储藏目前，这种技术非常成熟，已经被广泛使用鉴于这种技术的特点和优势，可以将其引入到有机化学实验教学中来，从而拓宽有机实验教学的内容和范围。
　　3  无水无氧技术在教学实践中面临的问题
　　3.1  无水无氧装置精细，熟练掌握需要一定时间
　　无水无氧装置十分精细，对实验操作人员有着很高的要求，需要熟练的操作技术。有时候实验的一个环节只要稍有疏忽，就会导致实验的失败。因此，实验操作人员除了要具备一定的实验基础之外，还需要对装置的组成和原理有着清晰的了解和认识，掌握无水无氧装置的组成。安装和工作原理，在充分熟悉其操作方法之后才能开展相关实验，而这一过程需要花费一定的时间和精力。
　　3.2  实验装置价格较为昂责，管理和维护存在困难
　　与普通实验装置不同，无水无氧装置价格昂贵和高精密性，购置需要一定的资金投入。在管理和维护上也与其他装置有所区别，一般的实验装置不需要安排专人负责，而该装置需要配备专人进行管理和维护，才能确保该装置安全、有效的使用购置。管理和维护无水无氧装置都需要资金的投入，这给在有机化学实验教学中推广增加了一定困难。
　　3.3  无水无氧技术缺少教材，增加了授课难度
　　由于无水无氧实验的特殊性，在学生中开展这方面实验很少，目前在各高校采用的有机化学实验教材中，很难找到有关无水无氧方面的实验实例，这与快速发展的实验技术极不协调。目前，缺少教材是尝试和推广无水无氧实验的一大阻力，也给学生学习带来了不便。
　　4  无水无氧技术在教学实践中的优势
　　（1）对于有机化学实验来说， 传统的教学方法和模式在一定程度上过于陈旧， 学生所能接触到的实验过于单一， 操作技术和实验能力很难有所提高和突破。无水无氧实验技术有利于培养学生的动手能力，提高学生的实验技能;也有利于学生了解实验领域中特殊的研究方法和研究手段，进而培养学生综合运用实验技术的能力;
　　（2）无水无氧装置的精密性和复杂性特点，能够有效地吸引学生注意力，在培养学生学习兴趣和科研意识方面将起到桥梁和纽带作用，同时，这也为学生完成毕业论文打下坚实的基础，为大学生科研课题的申请和实施提供了有力的保障。
　　（3）该实验基本是三个同学一组进行的，每个实验根据实验情况进行具体分工合作，中间针对出现的问题进行沟通和讨论，出现的实验现象进行分析，增强了学生的团队协作意识。
　　（4）有机化学实验教学是化学教学的重要组成部分，是化学教学的核心任务之一。教师的教学思路和方法很容易受到教材内容的限制，无法将最先进的实验技术和方法在教学中呈现出来。在本科有机化学实验教学中增设无水无氧实验，可以丰富有机实验的教学内容，有利于改变传统的、单一的教学思路和模式，增加教师授课的新颖性和趣味性，从而拓宽教师教学的新思路。
　　5  结语
　　对有机化学实验内容和方法进行改革，符合当今化学发展的需要，适应时代对人才提出的新要求。在有机化学实验中增加无水无氧实验（Schlenk操作），改变目前学生实验技能的单一性局面，让学生在较高层次上了解化学实验领域中的特殊研究方法及手段，提高学生对化学科学的兴趣，培养学生的科研意识和创新能力。因此无水无氧技术在有机化学实验教学中的研究与应用，达到了提高综合能力和培养综合素质的训练目的，化学实验教学质量得到进一步提高。
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