有機化學實驗一般知識

2022-03-05 09:12:54 字數 4909 閱讀 7041

實驗1. 有機化學實驗一般知識

1-1. 有機化學實驗課程的教學目的和任務及特點

1.有機化學實驗的性質和地位

在傳統的課程結構體系中,有機化學實驗歸屬於二級學科——有機化學。而隨著化學學科的深入發展,在學科繼續分化的同時,又出現了學科之間和學科之內的綜合趨勢。現代化學發展中「理論化學」和「實驗化學」的特徵已經十分明顯。

從現代化學發展的特徵和趨勢審視傳統的化學實驗課,有機化學實驗不應再從屬於二級學科有機化學,而應該是一級化學學科基礎上的實驗化學課程體系的乙個構成要素。如果對有機化學實驗課進行重新定義,有機化學實驗課應該是一門以有機物和有機化學反應為實驗物件,應用實驗技術理論和方法解決和分析化學實際問題的化學實驗課。從二級學科的角度分析,有機化學實驗是學習有機化學的另一種途徑和方法;從一級學科角度分析,有機化學實驗是基礎化學實驗的乙個部分。

其教學應以理論有機化學為基礎,以有機物和有機化學反應為實驗物件,以掌握和學習實驗技術理論和方法並以此為指導解決化學實際問題為教學目的。因此,有機化學實驗是基礎化學實驗教學的組成部分,它既不隸屬於理論有機化學課,也不能為理論有機化學課所替代,與理論有機化學課是平等相對、相輔相成的關係。

2.有機化學實驗課程的教學目的和任務

有機化學實驗的教學目的是依據不同專業人才的培養要求,使學生具備必要的解決有機化學實際問題的基本技能和素質,為專業課和專業技能的繼續學習和深造奠定基礎。 因此,有機化學實驗的主要教學任務是:① 使學生掌握必要的解決有機化學問題的基本技術理論、技術方法和實驗技能;② 通過有機化學實驗課程的學習,鞏固和促進理論有機化學的學習;③ 養成良好的科學實驗習慣,鍛鍊和培養學生的科學素質和能力。

3.有機化學實驗課程的特點

有機化學實驗中所學習的實驗技術理論和知識,僅僅是基礎化學實驗技術理論和方法在有機化學分支學科中的具體應用。由於其實用的物件主要是有機化合物,所以又使有機化

學實驗具有和其他化學實驗明顯不同的特點。

(1) 有機化學製備實驗特點

有機化學實驗研究的物件主要是有機化合物。 有機化合物的性質具有與無機化合物和高分子化合物不同的特點,有機化學反應也與無機化合物的反應特點迥然不同,如反應時間長、副產物多、產率低、反應條件要求嚴格等,這些特點也就是有機化學製備實驗的特點。

(2) 有機化合物分離純化和結構鑑定的實驗特點

儘管有機物的構成元素種類很少,但由於同分異構現象和同系物的存在,使得有機物的結構十分複雜和多樣。物質之間的分離純化和鑑別主要根據組分之間的結構和性質上的差異。同系物和同分異構體之間,由於結構的相似性和相近性,其理化性質差異很小。

因此這樣的有機物之間的分離純化和結構鑑別十分複雜和困難,常常成為實驗成敗的關鍵。

通常情況下,對於結構和性質上差別較大的有機物的分離純化,可以考慮採用蒸餾、萃取、昇華、重結晶、過濾等經典實驗技術。對於結構性質相近、很難用經典技術分離的有機物,則要依靠色譜和電泳等近代化學技術才能達到較好的分離純化效果。而且大多數情況下只採用一種方法很難達到滿意的分離純化效果,還需要綜合運用這些實驗技術。

鑑於有機物結構層次的多樣性,以及結構間的相似性和複雜性,有機物的結構鑑定和鑑別也十分困難和複雜,不但要依據元素分析、物理常數測定和化學性質鑑別,還要綜合運用色譜分析、質譜分析和光學分析等多種近現代技術,才能最終得到比較確切的實驗結論。對於蛋白質、核酸、多醣等生物大分子以及超分子有機化合物,其結構層次更加多樣和複雜,而且其結構與功能密切相關。因此,這些物質的結構分析更具挑戰性,在醫學和生物學領域更加重要。

可見,各種分離純化技術和結構鑑定技術在有機化學實驗中都有十分廣泛和深入的具體應用,是有機化學實驗中十分重要的教學內容。

(3) 有機化學實驗環境和實驗條件的特點

有機化學反應存在著速度緩慢、歷程複雜、副產物多等特點,大多數有機物又具有沸點低、易揮發、易燃易爆等特性,有機物的化學性質也易受光、熱、磁、空氣、微生物等外界因素的影響而發生變化。因此,有機化學實驗的環境和條件常需要進行嚴格的操控,才能保證實驗的正常進行。與無機物化學實驗相比,其明顯特點是:

① 實驗條件和環境的控制要求更加嚴格,否則很容易導致實驗的失敗;② 出於對實驗的各種控制,實驗反應的裝置常更加複雜;③ 用到的實驗裝置和儀器更多;④ 要隨時注意實驗安全和環保問題。

4.有機化學實驗課程的主要內容

(1) 有機物的獲取和創造

有機化學實驗以有機物為主要研究物件,有機化合物也是有機化學實驗的物質基礎。有機化合物的獲取是有機化學實驗的主要內容之一。有機物的獲取有兩個主要途徑:

一是從自然界中的有機材料中分離得到;二是通過化學技術合成創造。生物合成具有一定的定向性和方向性,但生物體內的化學反應十分複雜和微妙,很難人為控制。因此,生物技術的人為控制和化學合成技術的發展是有機化學學科的乙個重要方向和標誌。

(2) 有機物的性質和有機化學反應

要研究有機化合物,就必須掌握其性質和化學反應規律。有機物的性質常因其特徵結構的不同而不同,也會因為結構特點的多樣性共存而存在多種化學特性。因此正確理解和掌握化合物的結構及其性質是研究有機化合物所必須具備的前提。

這些內容常常是理論有機化學的主要內容。離開有機化學理論教學的基礎內容,有機化學實驗也是不可想象的。對這些性質的發現和掌握也只有通過實驗才能得以實現和確認。

因而研究和控制有機化合物的性質和化學反應是有機化學實驗的重要內容之一。

有機物性質和化學反應的主要特點是:① 有機化合物的極性整體上都小於無機物,有機物之間很小的極性差異常常會引起其性質和行為上的較大變化。因此,有機物的性質與選擇的溶劑系統有著十分密切的關係。

② 有機物的性質多樣,化學反應常多方向共存,常常因反應環境和條件的不同而不同,因此化學反應的產物常為混合物,合成產率一般較低。③ 有機化學反應大多數速度緩慢,一般需要較長的反應時間。④ 大多數有機化合物易燃、易爆、易揮發,因此其實驗安全問題尤為重要。

(3) 有機物的分離和純化

化學合成或是從天然材料提取的有機物,都是有機物的混合體。因此有機化學實驗中經常需要使用各種分離純化技術對有機物進行分離純化。因而分離純化也就成為有機化學實驗中的一項重要內容。

分離純化的理論和實驗技術在有機化學實驗中占有相當重要的地位,應重點掌握和學習。

有機物的分離具有非常明顯的特點:① 大量的有機物存在著異構體和同系物的問題,異構體和同系物之間的性質差別不十分顯著,因此對其進行分離和純化十分關鍵和困難,常常要求特別精細。② 有機物的穩定性一般比較弱,因此在分離純化過程中很容易被破壞,分離純化條件的選擇和控制相當重要。

③ 任何分離純化技術都是利用組分之間的差異,所

以有機物之間的任何結構和性質上的差異都可以作為分離的依據。因此,分離純化技術不僅涉及化學技術,還與物理、機械、數學、電子、生物等其他學科的技術密切相關,尤其是近現代的色譜分離純化技術。

常用的有機物分離純化技術主要有以下幾類:① 用於分離純化固體或固-液有機混合物的重結晶和過濾技術、膜分離技術、昇華技術、沉澱和離心技術等;② 用於液體有機物分離純化的蒸餾技術、萃取技術等;③ 用於精細分離純化的色譜和電泳技術。

有關分離純化技術的詳細內容可參見有關化學實驗技術教程。

(4) 有機物的結構分析和結構確證

有機物結構的複雜多變和結構層次的多樣性,正是有機物化學組成簡單而其性質和生物學功能多樣的根本原因。有機物的結構變化異常豐富,尤其是其空間結構的變化更是豐富多彩。結構是化學性質的決定性因素,不同的結構,常常有著不同的性質和生物功能,相似的結構也具有相近的性質。

因此,研究有機化合物的結構問題顯得十分重要而又富有挑戰性。有機化合物的結構分析和確證是有機化學實驗的另乙個重要任務和內容。由於具有相同的官能團和類似結構的化合物,具有極為相近的性質和外部特徵,因此區分結構相近的有機物系會比較困難。

有機物的結構研究主要有兩個方面。一方面是理論上的結構分析,即運用結構化學的研究理論和方法,如原子軌道理論、電子軌道理論、分子軌道理論、電子效應、空間效應、立體化學等,闡述有機物的結構特徵和本質;另一方面是從實驗角度鑑定和表徵有機物的結構,以確證有機物。有機物的結構千差萬別、千變萬化,尤其是有機物的立體結構和空間構象更加重要和複雜。

因此,有機物的結構表徵和確證十分繁雜和艱難,常常要借助於化學和非化學的手段和技術進行綜合分析和推斷,尤其要依靠紫外光譜、紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振譜、x射線衍射法、旋光法、圓二色譜法等各種光學分析法和質譜等現代分析技術。關於有機物的結構鑑定與表徵技術的詳細內容見有關化學實驗技術教程

(5) 有機物的開發和利用

研究有機物的最終目的是為人類的發展和進步做出貢獻,為人類認識世界和改造世界做出貢獻。因此,有機物的開發和利用是有機化學實驗的乙個主要目的和任務。如對生命物質的研究可以揭示生命的本質,從而為人類和生物體的發展提供技術支援和可靠保障。

有機化合物的獲取和創造可以為人類的生存提供大量的物質基礎和條件,滿足人類生存和發展的需要。

1-2. 有機化學實驗室規則與安全知識

1. 有機化學實驗室規則

安全實驗是實驗的基本要求。在實驗前,學生必須學習有機化學實驗的一般知識及危險化學藥品的使用與儲存,了解實驗室的安全及一些常用儀器裝置;在進行每個實驗以前還必須認真預習有關實驗內容,明確實驗的目的和要求,了解實驗的基本原理、內容和方法,寫好實驗預習報告,知道所用藥品和試劑的毒性和其它性質,牢記操作中的注意事項,安排好當天的實驗。

在實驗過程中應養成細心觀察和及時記錄的良好習慣,凡實驗所用物料的質量、體積以及觀察到的現象和溫度等所有資料,都應立即如實地填寫在記錄本中。記錄本應順序編號,不得撕頁缺號。實驗完成後,應計算產率。

然後將記錄本和盛有產物、貼好標籤的樣品瓶交給教師核查。

實驗檯面應該經常保持清潔和乾燥,不是立即要用的儀器,應儲存在實驗櫃內。需要放在臺面上待用的儀器,也應放得整齊有序。使用過的儀器應及時洗淨。

所有廢棄的固體和濾紙等應丟入廢物缸內,絕不能丟入水槽或下水道,以免堵塞。有異臭或有毒物質的操作必須在通風櫥內進行。

為保證實驗課順利進行,使學生養成良好的實驗室工作作風,要求學生遵守以下有機化學實驗室規則。

《實驗室規則》

1.在實驗室內戴好防護眼鏡,備齊實驗記錄本及與實驗有關的其它用品。

2.課前必須認真預習,寫好預習筆記,參照預習筆記進行實驗操作。教師認真檢查每個學生的預習情況。

3.在實驗過程中及時、認真記錄,實驗結束後要經教師審閱、簽字。

4.遵從教師的指導,注意安全,嚴格按照操作規程和實驗步驟進行實驗。發生意外事故時,要鎮靜,及時採取應急措施,並立即報告指導教師。

有機化學實驗

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有機化學實驗總結

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