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苯妥英钠合成实验讲授化学实验室安全问题的探讨

作者:未知

  [摘要]化学实验是实践化学原理非常重要的手段,也是提高大学生综合素质的重要途径。化学实验过程中经常使用易燃、易爆、腐蚀、有毒等危险化学药品,一旦防护和应急处理不当容易引发安全事故。因此,在化学实验教学中对同学们进行安全教育非常重要,要把安全教育贯穿在整个实验教学过程中。云南大学通过苯妥英钠合成实验,讲授化学实验室中的安全问题,包括危险化学品、化学实验室安全操作和化学实验室危险废弃物处置等方面的内容。这种通过专业实验讲授探讨实验室安全问题的方式取得了较好的教学效果。
  [关键词]化学实验;实验室安全;安全教育;苯妥英钠合成实验
  [中图分类号] R642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2019)5(c)-0165-03
  Discussion on safety of chemical laboratory in the teaching of Phenytoin Sodium synthesis experiment
  CAI Le LI Xue WEI Kun LIU Jin CAO Qiu-e
  School of Pharmacy, School of Chemical Science and Engineering, Yunnan University, Yunnan Province, Kunming 650032, China
  [Abstract] Chemical experiment is a very important means of practicing chemical theories, and it is also an important way to improve the overall quality of college students. Dangerous chemicals such as flammable, explosive, corrosive, and toxic chemicals are often used in chemical experiments. Once the protection and emergency treatment are improper, it is easy to cause safety accidents. Therefore, it is very important to carry out safety education for students in the teaching of chemical experiments. Safety education should be carried out throughout the experimental teaching process. Yunnan University teaches safety issues in chemical laboratories by Phenytoin Sodium synthesis experiments, including hazardous chemicals, chemical laboratory safety operations, and hazardous waste disposal in chemical laboratories. This means of teaching laboratory safety issues through specialized experiments has achieved good teaching results.
  [Key words] Chemical experiment; Laboratory safety; Safety education; Phenytoin Sodium synthesis experiment
  化學是一门实验科学,高校化学实验室是开展实验教学和科学研究的重要场所,是实践育人和人才培养的重要阵地。化学实验中需要使用的试剂种类繁多,很多化学试剂都具有一定危险特性,比如易燃、易爆、有毒或具有腐蚀性,还有些试剂属于易制毒化学品,是管制试剂。化学实验操作中经常会使用加热、真空等,具有一定危险性。实验室事故频发的主要原因是对安全教育的重视不够,因此,不论在国内还是国外高校,安全教育都是化学实验教学的重要环节[1-3],很多学校,如北京大学、浙江大学、四川大学[4]以及云南大学等都在化学实验室中设置了安全准入考试制度,要求学生必须通过安全考试才能进入实验室,体现了安全教育的重要性。安全准入目前多是通过学生自学后进行考试,而实际授课往往课时短,以云南大学为例,安全教育课时仅为4学时,不可能进行全面细致的讲授。很多学校都在积极探索化学实验室安全教育的合理方式[5-7],云南大学对化学专业的学生进行安全培训时,通过具体化学实验教学来讲授实验室安全知识,培养学生的自我安全意识。安全教育在化学实验教学中应是一个循序渐进的过程,不可能毕其功于一役,通过教学实验讲授安全知识能让安全教育贯穿整个实验教学过程,减少危险事故发生。此外,通过经典的化学实验来讲授实验室安全内容会更生动,更容易让学生理解和记忆。
  苯妥英是一种重要的抗癫痫药,还用于心律失常、轻度高血压的治疗,临床上主要用其钠盐形式—苯妥英钠。苯妥英钠的合成是有机化学和制药工程实验教学中的经典实验[8],包括三步反应,缩合,氧化和环合(图1)。具体操作包括采用维生素B1作为催化剂,在碱性条件下,加热到60~75℃使苯甲醛发生安息香缩合形成二苯羟乙酮,在酸性条件下用FeCl3氧化二苯羟乙酮制取联苯甲酰,联苯甲酰在碱性条件下与尿素环合和重排得到苯妥因,最后采用酸碱处理精制获得苯妥英钠[9]。整个实验过程中包含了化学实验室三大方面的安全问题,包括危险化学品、化学实验室安全操作和化学实验室危险废弃物处置。   1危险化学品
  危险化学品是指具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质,对人体、设施与环境有危害的剧毒化学品和其他化学品[10]。化学实验室中危险化学品的使用无法完全避免,但在教学过程中要尽量减少和替代[11]。本实验中涉及以下危险化学品的使用和管理。
  1.1维生素B1替代氰化物
  苯妥英钠合成实验中第一步缩合反应,在传统合成中经常使用氰化物作为催化剂[12],但氰化物是剧毒物质,以氰化钾为例,接触皮肤的伤口或吸入微量粉末即可中毒死亡。此外。氰化钾在湿空气中潮解即可放出剧毒的氰化氢气体,空气中氰化氢含量达3/100 000就可在数分钟内致人死亡,大大增加了危险性。选用维生素B1作为催化剂,虽然成本有所增加,但安全性高,符合高等学校化学实验室安全教学的要求。
  1.2 FeCl3替代浓硝酸
  第二步氧化合成二苯乙二酮时,传统方法多用浓硝酸进行氧化[13],会产生大量的NO2气体。NO2有毒,具有腐蚀性和刺激性,可从呼吸道、食管、皮肤进入人体,损害呼吸道,引起胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。改用FeCl3作为氧化剂进行氧化反应,不会产生有毒气体,具有安全、高效、绿色环保的优点,非常适合实验教学。
  1.3苯甲醛和维生素B1的储藏
  苯甲醛在室温下其为无色液体,具有特殊的杏仁气味,对眼睛、呼吸道黏膜有一定的刺激作用,危害不大。但苯甲醛在空气中极易被氧化,生成白色苯甲酸,因此,必须储存于阴凉、通风的库房,密封包装,不可与空气接触,打开的苯甲醛要及时用完,未用完的苯甲醛放置过久重新蒸馏纯化才能使用,否则会大幅降低反应收率。维生素B1易吸水,在碱性溶液中不稳定,易被氧化和受热破坏,遇光和热效价下降。故应置于遮光,阴凉处保存,不宜久贮,因此,最好使用新鲜的维生素B1。
  实验室中一般不宜大量购买苯甲醛和维生素B1等不稳定化学品,宜按需求购买,并按照规定储存,这也符合化学实验室危险化学品管理的规定[14]。
  1.4易制毒化学品的管理
  本实验中需要使用到盐酸,盐酸属于第三类易制毒化学品,是用于制造毒品的配剂。易制毒化学品是指可以被用于非法生产、制造或合成毒品(麻醉药品和精神药品)的原料前体和试剂等[15-16]。易制毒化学品的购买实行公安机关审批许可和备案制度,必须做好详细的入库、领用、回库等台账记录,任何个人不能私自运输易制毒化学品。因此,盐酸严格杜绝私自带离实验室,一旦丢失应当立即向学校保卫部门和实验室管理部门报告。
  通过该实验讲授危险化学品,既让学生了解苯妥英钠合成方法的发展过程,也让学生熟悉了一些危险化学品的管理和使用知识,学习记忆比较深刻。
  2化学实验室安全操作
  2.1氢氧化钠溶液的配制
  本实验需要配制氢氧化钠溶液,向学生介绍氢氧化钠溶液安全配制的方法。氢氧化钠有吸湿性,溶解时会大量放热,氢氧化钠溶液有强烈的腐蚀性,能与玻璃中的二氧化硅发生反应,因此溶液配制过程中要注意以下问题:①氢氧化钠称量时应放在玻璃器皿里,取完要立即盖紧试剂瓶盖;②配制完立即塞紧瓶塞,以免与空气中物质发生反应引起变质;③不要使用磨口瓶,瓶塞最好使用橡胶塞。
  2.2稀盐酸的配制
  本实验需要使用稀盐酸,向学生讲述稀盐酸溶液安全配制的方法。浓盐酸具有极强的挥发性,有强烈的刺鼻气味,具有较高的腐蚀性。因此,必须在通风橱中进行配制。配制稀盐酸时要求将浓盐酸缓慢的倒入水中,严禁将水倒入盐酸中,防止因局部受热发生喷溅。
  2.3温度计的使用
  本实验在反应过程中要使用温度计监测温度,使用温度计使应注意以下问题:①加热温度不可超过温度计的最大量程;②温度计不能当玻璃棒使用,有些同学图方便,用温度计进行搅拌操作是很危险的;③水银温度计一旦打碎,必須马上用硫磺掩埋处理。
  2.4电热套的使用
  本实验中多步反应均需使用电热套,电热套是化学实验室最重要的加热设备。使用电热套时应注意以下事项:①电热套电源必须有良好的接地;②先插好温度感应探头再打开电热套;③如有液体滴入电热套内或烧瓶破裂漏液进入电热套时必须迅速关闭电源,将电热套放入通风处,待完全干燥后才可再次使用。
  通过实验过程中需要涉及的操作和使用到的仪器,讲解部分化学实验室基本操作规范,让学生学习后即可进行实操,具有较好的教学效果。
  3化学实验室危险废弃物处置
  高校实验室的化学废弃物种类繁多,成份复杂,已成为潜在的严重环境污染源,不能随意排放[17]。做好化学实验室废弃物的回收处置工作,是高校化学实验室的重要职责。在苯妥英钠合成的三步反应和精致过程中,均会产生化学废弃物,必须进行统一回收,不能随意倒入水池。第一步缩合反应的废液中含有NaOH和未反应完的苯甲醛,第二步氧化反应的废液中有未反应完的FeCl3和Fe2+,第三步重排反应的废液中有NaOH和未反应完的尿素,精致过程中会产生酸碱废液。所有废液应该分类储存,有些废液不能随意混合,要向学生进行详细讲解。
  通过让学生自己分类收集实验过程中的废液,学生更容易养成按规定存储和处理化学废弃物的良好习惯。
  综上所述,在苯妥英钠合成实验的教学过程中,穿插化学实验室安全教育,包含危险化学品、化学实验室安全操作和化学实验室危险废弃物处置三个方面的内容,让安全教育贯穿实验教学过程,对于提高学生的安全意识作用明显,具有良好的教学效果。
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  (收稿日期:2018-10-16 本文编辑:崔建中)
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