国外大学的绿色化学教育

　　摘要 对国外一些大学有代表性的绿色化学教育情况作了介绍，旨在对国内高校的绿色化学教学有所启迪。
　　关键词 大学 绿色化学 教育 教学
　　
　　随着绿色化学的发展，世界各国逐渐认识到对大学生进行绿色化学教育，对绿色化学的发展至关重要。国内外很多大学都开设了“绿色化学”课程，有些大学开始招收绿色化学硕士和博士研究生。本文就国外一些大学[1～4]有代表性的绿色化学教育情况进行介绍，旨在对国内高校的绿色化学教育有所启迪。
　　
　　1 绿色化学课程教学
　　
　　澳大利亚Monash大学确立了在绿色化学领域成为研究和教育的世界领导者的目标，在2000年1月成立绿色化学中心。Monash大学化学学院为三年级本科生开设了必修课程“可持续化学”，分为绿色化学和能源化学2个独立部分，单独进行教学和考试。
　　绿色化学的教学内容包括：
　　（1）绿色化学简介：①历史背景，②危险和有害的概念，③绿色化学家有用的工具，④绿色化学原理概述；
　　（2）评价化学的影响：①原料，②反应类型，③反应试剂，④反应条件，⑤产物/目标分子；
　　（3）可选择的方法：①声化学，②光化学，③微波在化学中应用；
　　（4）作为绿色策略的催化：①化学催化，②生物催化，③均相、多相催化和固体酸碱催化；
　　（5）溶剂和其他助剂：①使用数据库评价溶剂影响和选择溶剂，②无溶剂媒介，③离子液体，④超临界溶剂，尤其是超临界二氧化碳，⑤水作为反应媒介；
　　（6）污染防治。
　　绿色化学课程共讲授12次（每次1 h），另外有6次讨论课（每次1 h）和6次实验课（每次6h）。学生的学习成绩由3部分组成：考试占60％（考试时间25 h）、作业或报告占10％、实验工作和实验报告占30％，共计100分。
　　美国Scranton大学在1996年把绿色化学引入环境化学课程中，2000年把绿色化学作为一门课程单独开设。因在绿色化学教育方面的业绩，获得2001年度宾西法尼亚州长环境优秀奖。其开设的绿色化学课程教学内容为：
　　（1）可持续能力：①定义，②人口，③全球变暖、温室气体、能源消费，④渔场、道路、交通工具，⑤消费，⑥水，⑦废物，⑧森林、多样性减少，⑨生态学足迹，⑩环境与经济；
　　（2）绿色化学简介：①因化学部分原因引起的环境灾难，②管理与控制法律，③1990年的污染防治条例，④美国环保署的绿色化学开端，⑤绿色化学的传播，⑥总统绿色化学挑战奖，⑦绿色化学的12条原则，⑧美国化学会与环保署的绿色化学协作；
　　（3）绿色化学研究实例：对典型的美国总统绿色化学挑战奖获奖者的项目进行介绍。
　　为使传统的化学课程绿色化，Scranton大学针对传统的化学课程，包括普通化学、有机化学、无机化学、生物化学、环境化学、高分子化学、高级有机化学、化学毒理学、工业化学等课程，开发了绿色化学教学单元材料，可在这些课程教学中使用，通过在这些课程的教学中增加一个教学单元，使学生得到了绿色化学的教育。普通化学中绿色单元为使二氧化碳成为更好溶剂的表面活性剂的设计和应用；有机化学中绿色单元为原子经济——一种反应效率的量度；无机化学中绿色单元为TAMLTM氧化活化剂——造纸业的绿色漂白剂；生物化学中绿色单元为一种新的化学杀虫剂家族；环境化学中绿色单元为防污物质（海洋杀虫剂）；高分子化学中绿色单元为可生物降解的热聚天冬氨酸；高级有机化学中绿色单元为亲核芳香族取代——一个旧反应的新绿色化学；化学毒理学中绿色单元为杀虫剂的生物化学毒理学；工业化学中绿色单元为杜邦公司的聚酯再生工艺。
　　美国Illinois大学Urbana-Champaign分校为化学、化学工程、生物化学的高年级学生和研究生开设了绿色化学课程，采用网络教学。学生通过联机自学，然后每周参加1次1小时的讨论课，共14次，第15次测验。每次讨论课的主题为：（1）引言；（2）评价环境影响的方法和工具；（3）创新技术在确立工业过程的应用；（4）开发重要产品的环境改良的工艺路线；（5）原子经济；（6）金属基催化剂；（7）生物工艺的替代应用；（8）设计新的绿色化学品和材料；（9）减少有机溶剂使用的过程；（10）可持续资源的使用；（11）废物的减少；（12）化学修复；（13）生物修复；（14）政策主题。
　　美国Oregon大学也是发展绿色化学课程领导者，从1997年Oregon大学把绿色化学原理和实践引入化学课堂教学和实验教学中，尤其在实验教学中做得非常出色。在普通化学实验室，开发了一系列替代传统实验的绿色实验，这些新的实验明显地减少了有毒废物的产生，为学生和职员提供了安全的工作环境。在有机化学实验室，实验中充分地利用绿色反应物和溶剂来进行实验，改进传统的实验，开展绿色有机实验教学，使学生学习鉴别危险的物质和过程、发现可选择的反应方法、评价这些新方法的效率。通过绿色实验得到了很多益处，认可了袖珍或微型玻璃仪器的使用，减少了废物的危险性，减少了对健康和环境的影响，整合了反应化学和技术，改变了学生对化学的观念。选择绿色有机实验的标准为：（1）讲授现代反应化学和技术；（2）阐明绿色化学品的概念;（3）结合理论课教学；（4）提供讨论环境问题的一个平台；（5）学生利用典型有机化学实验室具有的材料，在给定的时间内能完成；（6）能适应大尺度和微型的方法；（7）使用便宜的绿色溶剂和反应物；（8）减少实验室的废物和危险性。目前开设的绿色有机实验题目为：烯烃的溴化、环己烯的制备和精馏、脂肪酸的合成、炔烃的氧化偶合、气相卟啉合成、溶剂对动力学的影响、分子力学模型、钯催化卤代芳烃和炔烃的偶联、负载的聚合物的氧化化学、芳香化合物的亲电卤化、固相光化学、安息香的浓缩、计算机辅助合成等。几个代表性的绿色实验与传统实验的比较如下。
　　（1）溴化反应：传统实验用四氯化碳或二氯甲烷作溶剂，绿色实验用低毒的乙醇作溶剂，化学方程式见图1。
　　
　　（2）脂肪酸的合成:传统实验用硝酸作氧化剂，绿色实验用过氧化氢作氧化剂，过氧化氢的氧化副产物为水，化学方程式见图2。
　　
　　（3）肉桂酸的光化二聚反应：传统实验采用在溶液中反应;绿色实验采用固态反应，不使用溶剂，见图3。
　　
　　（4）5，10，15，20间四苯基卟啉的无溶剂合成：传统实验采用丙酸作溶剂，绿色实验在气相下进行反应，不使用溶剂和催化剂，化学方程式见图4。
　　
　　2 绿色化学的研究生教育
　　
　　美国波士顿Massachusetts大学在2001年秋季开始设立绿色化学博士学位。绿色化学博士的培养强调设计对人类健康和环境具有很少影响的材料和过程的技能。除了传统的化学科学的训练之外，还要选修一些环境科学、生物学等方面课程，以得到评价化学对人类健康和环境影响的手段和经验。学生要学习7门核心课程和3门选修课程。选修课程中包括光化学、环境法律、环境经济学、生态学、环境生物化学等。学生完成全面的测试后，就开始准备学位论文，论文的研究必须是原创性的研究。论文的研究领域主要是环境友好合成、环境监测、分子生命周期、生物降解等。
　　澳大利亚Monash大学于2000年开始招收绿色化学方向的博士和硕士研究生，第一届博士生、硕士生于2003年毕业。研究生的研究平台分2个方向：清洁合成工艺和绿色生物工艺。清洁合成工艺方向是研究高附加值产品的化学合成工艺，包括开发新的化学工艺和产品，主要研究绿色工艺、绿色有机反应及绿色反应介质。目前的研究课题有离子液体作为合成介质的应用、固定化离子液体催化、利用单元构造开发大环分子多样性、设计和评价新的可再生的用于催化的手性助剂与手性配合物、发展微波增强化学等。绿色生物工艺方向是利用天然的制造方法，在化学品、药品和生物工艺进行有重大意义的创新。绿色生物工艺平台重点开发合成、分析和大分子方法，目的是为高技术产业提供清洁的可持续性的化学品工艺。
　　英国York大学在2003年秋季开始招收清洁化学工艺研究硕士，学制1年，前半年进行课程学习，后半年进行课题研究，并完成不少于10 000字（不包括图表）的论文及论文答辩。课程内容主要分为7个模块：绿色化学原理、控制化学过程和产品对环境的影响、化学工程和清洁工艺、绿色化学中的催化、溶剂替代、能源效率及新技术、清洁合成等。课程学习采用课堂讲授、专题讨论会、导师辅导和自学等方式进行。另外学生还参加高级化学和可转移性技能模块的学习，可转移性技能模块包括技术产业化、高级IT技能、科技写作等。研究的课题由学生任选，但必须得到导师的批准和监督。
　　
　　参考文献
　　[1] http://webchemmonasheduau/GreenChem/
　　[2] http://academicuofsedu/faculty/CANNM/greenchemistryhtml
　　[3] http://wwwuoregonedu/~hutchlab/greenchem/
　　[4] http://wwwyorkacuk/drpts/chem/gsp/mreshtml#cleantech〗