“基础化学实验(一)”教学研究取得新进展

发布日期:2024-05-06     浏览次数:次   

我院国家级一流课程基础化学实验(一)学团队任艳平、董志强等创新改进设计的富有教学意义的实验项目“Aqueous and Solid Phase Synthesis of [Ni(Me3en)(acac)]BPh4 and its Solvatochromic Properties: A Laboratory Experiment for First-Year Undergraduates”于近日在美国化学会化学教育期刊《Journal of Chemical Educationhttps://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c01273发表。

文献中有关配合物[Ni(Me3en)(acac)]BPh4的合成及其溶剂/热致变色实验融合了配合物的设计合成、结构、晶体场理论等基础理论知识的应用以及结构决定性质和性质决定用途的含义,富有教学意义,并贴合大一学生的知识基础。但其合成过程所用有机溶剂(乙醇、二氯甲烷、石油醚)种类较多、用量较大,并需要使用大一学生实验室通常不配备的回流装置和旋蒸仪等,且合成过程步骤较多、合成时间相对较长,有限的实验课时难以有效用于对配合物的溶剂/热致变色性质的研究及其变色机理的探讨等,面对大批一年级学生推广应用受到很大限制。

针对上述问题,教学团队以原实验中的一个小细节为切入点,即“为什么在称取反应原料硝酸镍时需要用滤纸将其表面的水吸干”,在研究和探讨其合成原理以及合成过程所用有机溶剂作用的基础上,从理论上分析并以实验证明水对合成反应体系并无影响,从而创新性地提出了用“水相法”和“固相法”合成该配合物。改进后的合成方法不仅从源头上控制了有机溶剂的使用,还巧妙地把基础实验教学中极少涉及的固相合成法及溶剂/热致变色性质探讨等引入基础化学实验教学,对培养学生的实验兴趣和学以致用的能力具有重要意义。

由于该配合物具有快速可逆的溶剂/热致变色性质,可作为有机溶剂识别和温度响应材料,具有潜在的应用价值,因此,有关配合物的水相和固相合成法也获得了发明专利。

以该改进实验项目为基础,任艳平、董志强指导三名本科生易波20级化学)、陈欣19级化学)、陈烨超21级化工)参加2022年第三届全国大学生化学实验创新设计大赛华南区赛,并获得一等奖。

创新改进设计的实验项目安全、绿色、环保、反应快速且高效、教学成本低,具有普适性和推广性,也可作为理论课堂演示实验。目前,该项目已由万博英超狼队、北京大学1000多名大一学生进行了两轮教学实践,并得到良好反馈。该工作为创新实验项目的设计与实践提供了新思路,对启发和引导师生参加化学实验创新大赛具有强烈的示范与辐射效应。

该工作是在任艳平老师指导下完成的,实验中心的董志强老师为论文第一作者。其他作者依次为三名本科生易波、陈欣、陈烨超和博士生戚明强。教学团队的王翊如、邓顺柳老师及南京大学章文伟和北京大学的李维红老师对该工作也给予了很多建议。分析测试中心的苏海峰和嘉庚创新实验室的林志为老师在质谱测试与分析方面提供了重要帮助。相关工作得到首批国家级一流课程基础化学实验(一)建设和万博英超狼队教材研究专项(JG20210904)支持

论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c01273


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