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背景：由于人口的快速增長、環(huán)境污染以及能源的過度消耗，導(dǎo)致了全球變暖加劇，因而節(jié)約能源、減少二氧化碳排放已經(jīng)成為全世界大多數(shù)國家的共識。中國政府堅定不移地推進(jìn)能源革命，通過加快低碳領(lǐng)域前沿技術(shù)研究，推廣應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能降碳技術(shù)，努力在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和。這不僅是應(yīng)對全球氣候變化，推動經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的迫切需求，更是中國主動擔(dān)當(dāng)大國責(zé)任，推動構(gòu)建人類命運共同體的迫切需要。大學(xué)生未來從事科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)，是實現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵。因此，在實驗教學(xué)中向?qū)W生宣傳綠色化學(xué)的概念，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和環(huán)保意識，是一項非常重要和有意義的工作。

綠色化學(xué)也稱為環(huán)境友好化學(xué)，是指在化學(xué)產(chǎn)品的制造和應(yīng)用中有效使用原材料，減少或停止那些對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用與產(chǎn)生。節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，培養(yǎng)和諧可持續(xù)的生活方式是“綠色化學(xué)”的根本目標(biāo)。在教學(xué)中講授綠色化學(xué)知識不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和環(huán)保意識。

乙酸異戊酯的制備是一項經(jīng)典的有機(jī)化學(xué)實驗項目，乙酸和異戊醇在硫酸催化下發(fā)生酯化反應(yīng)。酯化反應(yīng)是可逆的，使用分水器將副產(chǎn)物水移出體系，從而促進(jìn)平衡正向移動。這個教學(xué)實驗具有鮮明的特色，不僅提高了學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)平衡原理的認(rèn)識，還使學(xué)生掌握分水回流、蒸餾等基本操作，提高實踐動手能力。然而實驗后，學(xué)生精制的產(chǎn)品作為有機(jī)廢液處置，白白浪費十分可惜。同樣，在液相色譜教學(xué)實驗中，流動相的甲醇作為的有機(jī)廢液處置，成本也較高。

文章介紹了利用回收的乙酸異戊酯、甲醇設(shè)計的酯交換實驗。乙酸異戊酯和甲醇在KOH存在下轉(zhuǎn)化為異戊醇和乙酸甲酯，其中異戊醇作為反應(yīng)原料重新應(yīng)用于教學(xué)實驗。通過這種方式，綠色化學(xué)實驗與原始教學(xué)實驗建立了一個循環(huán)，減少了有機(jī)廢物的排放，提高了化學(xué)試劑的使用效率。

物料循環(huán)示意圖

由于酯化和酯交換都是可逆的，學(xué)生完成這兩個實驗，對化學(xué)平衡原理有了更深的理解。在教學(xué)實驗中，乙酸與異戊醇在硫酸的催化下反應(yīng)生成乙酸異戊酯和水，使用Dean-Stark裝置從反應(yīng)系統(tǒng)中去除產(chǎn)物水以提高轉(zhuǎn)化率。酯交換實驗則通過分餾將低沸點的乙酸甲酯從反應(yīng)系統(tǒng)中除去，同樣促進(jìn)了乙酸異戊酯向異戊醇的轉(zhuǎn)化。這個綠色實驗與教學(xué)實驗形成了完美的對比，學(xué)生更直觀地理解化學(xué)平衡原理，增強(qiáng)了應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的實踐能力。

該實驗經(jīng)過多年實踐，取得了良好的教學(xué)效果。2017年獲得大連理工大學(xué)“TRIZ”創(chuàng)新方法大賽一等獎，2018年獲得“卓越杯”化學(xué)新實驗設(shè)計三等獎，2021年獲得遼寧省首屆化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計競賽一等獎。 

英文原題：Transesterification of isoamyl acetate - An experiment in green organic chemistry

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jchemed.1c01027

作者：譚大志，范文杰，吳紹維，張迪，莫琰