在建和拟建虚拟仿真实验

  一、学科前沿虚拟仿真实验
  为了使学生在第一时间理解最新学术动态,我们正在建设并将不断更新学科前沿虚拟仿真实验项目的建设。
  依托化学院、合肥微尺度物质科学国家实验室等的科研优势,将最新科研成果(如诺贝尔奖工作、本学科最新进展、本校代表性工作、中心自身的科研成果)与相关知识点相结合,转化为可虚拟教学的实验项目,供学生在信息化条件下自主学习、探究学习,这对进一步提升学生实践能力和创新意识无疑是很有帮助的。这样的虚拟教学突破了现有教学学时的限制(虚拟实验中,可以有效地缩短科研周期),也不受相关科研手段不足以及科研成果长周期的影响,同时发布于网站,可实现资源共享。

学科前沿虚拟仿真实验项目

  项目1 钯催化碳-氢键活化/三氟甲基化反应(在建)
  过渡金属催化的碳-氢键活化反应实验反应时间长和后处理操作步骤多,反应试剂三氟乙酸具有腐蚀性和刺激性,1,2-二氯乙烷属于高毒溶剂。通过实验视频了解整个反应的实验流程,熟悉实验所需仪器,学习本科基础实验不曾接触的封管反应实验操作等。同时了解有机化学热点领域碳-氢键活化的研究进展。(详细信息

  项目2 石墨烯的制备与转移(在建)
  本实验采用CVD法制备石墨烯,即以铜箔为催化剂基底,甲烷为前驱体,高温低压下碳源裂解生成的含碳基团(•CHn,n=0~3)吸附于金属表面成核及扩散,进而生长成“石墨烯岛”,这些“岛”逐渐长大最终合并成连续的石墨烯薄膜。(详细信息

  项目3 [60]富勒烯与丙氨酸在热条件下反应合成[60]富勒烯吡咯烷衍生物(拟建)
  热反应条件下合成[60]富勒烯吡咯烷衍生物的反应温度较高(200℃),反应时间过长(48小时),反应后处理操作步骤较多,实验中涉及到二硫化碳(低沸点、高毒性)有机溶剂。通过实验视频详细再现整个实验操作流程和实验现象,学习高效液相的上机操作流程,快速柱色谱分离操作方法等。同时了解有机合成化学热点领域富勒烯化学修饰的研究进展。(详细信息

  项目4 利用可见光催化合成苯并二氢呋喃(拟建)
  可见光照射来催化苯酚与不同的烯烃发生[3+2]环加成反应合成苯并二氢呋喃的实验,使用的光催化剂昂贵,反应后处理用时长。利用虚拟仿真实验系统,模拟完成光催化合成苯并二氢呋喃。使学生在较短时间了解实验室光催化反应的一般实验装置及具体实验操作过程,并加深对光催化反应原理的理解。(详细信息

  项目5 不对称接力催化三组分反应合成高对映选择性的螺环缩醛(拟建)
  立体选择性的螺环缩醛可以通过炔醇、水杨醛、胺在金与手性的布朗斯特酸接力催化下高效构建合成。反应使用的金催化剂昂贵,手性催化剂需要多步合成,且反应后处理以及产物结构鉴定和手性测定耗时长。利用虚拟仿真实验系统,让学生了解多组分反应合成复杂分子的过程,展现了科研实验室通过多组分反应方法合成手性螺环缩醛的过程。(详细信息

  项目6 电化学氧化实现芳香酮的双β-二甲酯化(拟建)
  实验通过电化学氧化实现芳香酮的双β-二甲酯化生成双β-二甲酯衍生物。但反应过程中需要用到铂电极,价格昂贵,而且需要用到电化学工作站,不易操作。通过该视频实验,学生可清楚直观的了解如何使用铂电极、电化学反应的操作流程及如何操作电化学工作站,更加深刻理解电化学反应的原理。(详细信息

  项目7 DNA负载的纳米钯催化亚胺的合成(拟建)
  使用水溶性的DNA作为模板,通过醇的脱氢作用即可实现氮烷基化来合成所需要的亚胺。但是制备DNA负载的纳米钯催化剂操作程序繁琐且时间过长,而且需要氮气氛围。通过视频实验可以用较短时间了解水相还原法制备纳米钯的方法和操作、催化剂表征的一些手段以及氢转移反应的机制。了解非均相纳米催化的研究热点和进展。(详细信息

  项目8 铜复合物催化的不对称Henry反应(拟建)
  通过铜与配体的结合催化生成具有反式选择性(anti-selective)的硝基醇。由于实验中所使用的配体(Ligand)为实验室人工合成,测试手段较为麻烦。通过视频实验可以用较短时间详细再现整个实验操作流程和实验现象,学生可熟悉铜复合物催化的不对成Henry反应,学习本科基础实验不曾接触的不对称反应,将对“手性催化”有初步的了解。(详细信息

  二、高危或极端条件下的虚拟仿真实验
  目前,我们的化学实验教学,特别是涉及到化学合成的“有机化学实验”和 “无机化学实验”已逐步实行绿色化,尽量有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。但是化学实验难免涉及到有毒有害物质的使用,与高危化学品相关的实验或是操作过程有一定危险性的实验项目对学生掌握相关知识点又是必要的,为此我们可以让教师示范操作,将整个实验过程制作成视频,作为实际教学的重要扩展与补充,可供学生无风险地学习。
  此外,对于需要在极端条件下(如无水无氧)才能实现的合成反应或化学反应,由于受教学学时和教学条件的限制,实际实验教学中并不能涉及到,影响了学生对相关知识点的学习和了解。为此,我们可以把这类反应及实验过程拍成教学视频,为学生演示整个操作过程,并突出展示主要实验现象,强调关键步骤和极端条件下的操作规范,使学生在在课余时间以低成本也能学到相关知识点和实验技能。

高危或极端条件下的虚拟仿真实验项目

  项目1 柠檬酸法制备固体燃料电池SDC粉体(在建)
  柠檬酸法制备氧化钐掺杂的氧化铈Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC粉体),用到一些危险化学品,如浓硝酸和氨水,并且产品自燃后会带来一定程度的粉尘污染。同时实验中涉及高温煅烧成相、大型仪器表征等。通过实验视频可以形象直观地了解燃料电池SDC粉体的详细制备过程,产品理化性能的表征图谱等。(详细信息

  项目2 Buchwald-Hartig偶联反应及手套箱使用(在建)
  Buchwald-Hartig偶联反应使用钯等贵重金属作为催化剂,价格昂贵且毒性大,同时该类反应须在严格的无氧条件下操作进行,通过该视频实验,学生可清楚直观地了解如何进行手套箱无氧操作,进而更加深刻地理解Buchwald-Hartig偶联反应的机理。(详细信息

  项目3 钯(Ⅱ)催化的插羰酯化反应(在建)
  本实验反应催化剂钯属贵重金属,价格昂贵且毒性大,反应物中CO也是一类高毒性的化合物,不利于学生健康;另外,该反应时间长和后处理操作步骤多,须在严格的无氧高压条件下操作进行,不利于教学时间和场所的安排。(详细信息

  项目4 二乙胺二步法制备二茂铁(拟建)
  在二乙胺存在下使氯化亚铁与环戊二烯反应合成具有芳香性的二茂铁。实验中的环戊二烯、无水乙醚、四氢呋喃易挥发、易燃。通过实验视频完整地演示了整个实验的关键步骤,主要包括:无水无氧条件实验的加料、环戊二烯二聚体的裂解过程、氮气保护(无水无氧条件)装置的搭建等。对学生理解二茂铁的性质及其合成原理、环戊二烯二聚体的裂解过程、掌握无水无氧条件实验操作等无疑都具有很大的帮助。(详细信息

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