藥物化學課程教學實踐研究
時間:2022-12-13 10:09:14
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摘要:藥物化學是高職藥學專業開設的專業課程,課程理論知識涵蓋范圍廣,專業性強,學生學習難度大,配合度低。該文從教學內容、教學實踐與考核方式這3個方面對課程進行教學實踐探索,采用教學做一體化、案例教學、實踐操作等教學方法,探索新的考核方式,有效提高了學生的學習興趣和配合程度,進一步提升了教學質量,以期為業界提供參考。
關鍵詞:藥物化學;高職;教學實踐;教學質量
“藥物化學”是利用化學的概念和方法發現確證和開發藥物,從分子水平上研究藥物在體內的作用方式和作用機理的一門學科,是藥學領域中重要的專業課程。隨著國際化進程日益加快,我國藥物化學相關企業從原料藥加工型企業轉變為自主品牌創新型企業,從跟做仿制藥到率先研發全新藥物骨架、全新靶點的一類新藥,制藥企業已經全面與國際市場接軌[1]。在此背景下,我國制藥產業不僅需要大量普通的勞動密集型人才,更需要有自主開拓精神和創業能力的新型高端制藥人才,形成擁有自主知識產權、高附加值的藥物品牌。變革人才培養方案、供應和使用機制,可能是解決這一問題的關鍵[2-3]。因此,根據藥物產業結構調整需要,培養對口的藥學人才,是我國藥學發展實現突破的根本保障。在國家倡導的產學研背景下,不同層次的本科院校根據自身情況,設置了不同形式的人才培養方案。由于歷史問題,我國目前的藥物化學辦學層次模糊、職能重復,致使在產學研型藥物化學人才在培養方面,大多數職業院校仍然處于摸索嘗試階段,改革方向不明。因此,根據我國職業教育的發展方向和制藥產業結構調整的需要,進一步明確藥學專業學生藥物化學教育的發展方向,構建“產學研”的藥物化學人才培養模式顯得非常重要。高等職業教育應注重學生實踐能力的培養,尤其是重點培養學生創新創業與就業擇業能力。因此,“產教融合、校企一體”已成為一條新的高職教育發展之路,也將成為高職教育的一個鮮明特色。目前,江蘇醫藥職業學院已經成功獲批“江蘇省藥物一致性評價工程研究中心”,該平臺的建設將有助于增強服務地方經濟、加速融入長三角產業鏈的能力。尤為重要的是依托該平臺,該校與南京菲力康生物醫藥有限公司建立了課題合作關系,雙方共同建設“校企實驗室”,利于學生直接與企業接觸,為學生提供了良好的生產實踐基地。依托“江蘇省藥物一致性評價工程研究中心”和“校企實驗室”積極與企業開展合作,有助于推進該校藥物化學專業教學模式與人才培養模式的創新改革。
1整合教學內容,注重教學實踐
江蘇醫藥職業學院在一年級下學期開展《有機化學》的系統教學,學生已經具備了初步的有機化學基礎知識,但是《藥物化學》是有機化學知識的進一步拓展和應用,從學生具體的學情出發,該課程教師將實踐項目與教學內容進行了調整,簡化了藥物化學中理論性強的知識點,以減少課程教學中的難點。根據市場調研和市場藥物需求狀況,每章著重挑選3~5個重點藥物進行詳細講解,將重點講解的藥物與教學實踐進行整合重組,冷門藥物進行簡單介紹。例如:循環系統藥物章節,教師選取抗血壓類藥物為教學重點,詳細介紹卡托普利、替米沙坦、氫氯噻嗪等常見抗高血壓藥物,而纈沙坦、依那普利、呋塞米等藥物進行簡單介紹,以減少學生學習壓力。
2革新教學方法,增設實踐教學
考慮到藥物化學課程實驗課程較少,導致學生對所學知識主要停留在書本層面,缺乏詳細深入認識的問題。針對上述問題,該院藥物化學課程進行試探性改革,安排了一半的時間進行實踐教學,將書本知識與企業課題進行深入融合,保證學生對常規的藥物化學操作有一定的認識,同時培養學生創新創業與就業擇業能力。
2.1教學做一體化
教師教學內容與學生學、做結合在一起進行一體化教學,不僅可以將理論知識與學情有機結合,還可以有效提高學生的實驗操作技巧,增加學生的學習熱情,因此特別適用于藥物化學這類實踐性強的課程教學。在該課程的教學中,教師合理利用書本知識與企業生產具體實踐,設計教學實踐環節。例如:抗高血壓藥物替米沙坦,是目前市場上銷售份額較大的藥物,南京菲力康生物醫藥科技有限公司與該院進行橫向課題合作,進行替米沙坦關鍵中間體3-甲基-4硝基苯甲酸的工藝研究,相關教師結合課本知識設計了教學實踐環節,在課堂上根據學生的有機化學知識,簡單講解替米沙坦的基本合成路線[4-6],拆解出關鍵中間體3-甲基-4-硝基苯甲酸和合成原料,詳情見圖1。根據藥物化學中出現的具體藥物,教師進行教學實踐設計,向學生進行實驗講解,然后利用4個課時進行合成實踐。
2.2案例法教學
2.2.1替米沙坦合成教學實踐利用替米沙坦的案例進行具體實踐教學,該教學方法有助于激發學生的藥物化學學習興趣,增強學生的動手能力,活躍課堂氣氛,因此該課程教師通過案例法教學,以企業具體生產需求為切入點,系統介紹相關理論知識,給學生留下了深刻的記憶。在具體教學實踐中教師做了如下安排:將學生隨機分為6個小組,每小組由4~6名學生和1位實驗老師組成,首先老師進行實驗演示,并且進行實驗細節的詳細講解,然后學生進行實驗操作,詳情見圖2。具體實驗操作:在250mL三口燒瓶中加入3.7g2,4-二甲基硝基苯,0.4g催化劑,120mL水,升溫至95℃,分批加入8.5gKMnO4,攪拌反應1h,過濾,濾液調節pH值至3,析出沉淀,過濾后得到3-甲基-4-硝基苯甲酸。2.2.2沙坦聯苯合成教學實踐沙坦聯苯是沙坦類藥物的關鍵中間體,目前,多家企業具有沙坦聯苯的生產線路,讓學生提前了解企業需求有助于提高學生的學習積極性,為此老師設計了沙坦聯苯合成實驗,具體見圖3。具體操作:在4.2mmol的4-甲基苯硼酸,4mmol的鄰氯苯腈,8mmol碳酸鉀,12mL水和12mL聚乙二醇400,加入2mol%的氯化鈀,反應4h,反應結束后加入4mL飽和食鹽水,然后加入乙酸乙酯進行萃取,倒入100mL分液漏斗中,搖晃萃取,靜置1min,將上層有機溶劑保留,下層的水繼續加入到分液漏斗中,再次加入乙酸乙酯萃取,重復操作3次,將所有的乙酸乙酯收集到三口瓶中,加入無水硫酸鈉干燥。準備濾紙和抽濾瓶,將抽濾瓶連接到真空水泵上,然后將三口瓶中的有機溶劑倒入放有濾紙的漏斗上,過濾無水硫酸鈉,收集濾液。將濾液旋干,然后用稀鹽酸調pH=2,加入乙酸乙酯,靜置分層,有機層分別用飽和碳酸氫鈉和飽和食鹽水洗滌2次,用分液漏斗靜置分液,有機相加入無水硫酸鈉干燥,然后進行過濾,將濾液再次旋干,得到沙坦聯苯粗產品。向粗產品中加入無水乙醇,加熱至80℃,冷卻到室溫,會緩慢析出白色固體沙坦聯苯,過濾白色固體,濾液再次旋干,得到淡黃色產品,再加入石油醚進行洗滌,分出底層少量的黃色油狀物,剩余石油醚旋干后得到白色固體沙坦聯苯,該方法的總收率達到60%。2.2.3抗病毒藥阿德福韋酯的合成教學實踐世界權威藥物阿德福韋酯是的抗乙肝病毒的重要藥物之一,具有廣譜抗病毒作用,例如乙型肝炎病毒(HBV)、人體免疫缺陷病毒(HIV)和皰疹病毒等。在治療乙型肝炎病毒方面,阿德福韋酯相比與其他抗病毒藥物,具有對臨床上所有的乙型肝炎病毒均有效的特點,對阿德福韋抗藥的變異株目前還沒有被發現,因此實現阿德福韋酯的高效合成,具有很大的臨床應用價值,目前主要以9-[2-(二乙基磷酰甲氧基)乙基]腺嘌呤為起始原料設計合成路線[7]。目前,多數企業都希望以最低的生產成本,收到高的產率和純度,因此該專業根據企業的需求,開展了學生的操作合成能力實踐教學。該校相關人員向企業咨詢以后得到了企業的技術支持,按照企業生產工藝進行了實驗設計(見圖4)。該工藝中涉及的主要原材料和反應試劑獲取途徑多,酯化以后的副產物,三甲基氯硅烷可以被回收,充當下次反應所需的原料進行循環使用,反應條件溫和,反應操作簡便,利用連續萃取技術,避免進行柱層析,合成制備的產品純度高。學生如果能夠掌握此工藝,將提高合成技能,節約社會培訓成本,為工作積累了寶貴的合成經驗。第一步:酰化及硅烷化反應。向100mL雙口反應瓶中依此加入二氯甲烷40g、9-[2-(二乙基磷酰甲氧基)乙基]腺嘌呤6g、三甲基氯硅烷14g,溫度控制在5℃~10℃之間,滴加三乙胺2g,然后反應30min,再緩慢加入醋酐10g,保持溫度不變,反應1h,隨后將反應溫度升至50℃,讓溶劑處于回流狀態,反應3h,終止反應,得到酰化產物。第二步:酯化反應。取100mL雙口反應瓶,加入第一步的酰化產物,然后加入溶劑N-甲基吡咯烷酮10mL溶解?;a物,然后緩慢加入三乙胺3.5mL,室溫下滴加特戊酸氯甲酯6g,將反應溫度控制在50℃~60℃之間,反應3h,緩慢降至室溫后,加入乙酸乙酯50mL進行稀釋,加水20mL,磁力攪拌10min,靜止10min,用分液漏斗進行分液,除去水層,乙酸乙酯層收集,然后加入無水硫酸鈉進行干燥,過濾后濃縮即得到酯化產物。第三步:水解反應。向雙口反應瓶中加入四氫呋喃溶液40mL,溶解酯化產物,然后加入水10mL,將反應溫度控制在5℃~10℃,緩慢加入30%的雙氧水15mL,然后加入0.5mol/L的氫氧化鋰溶液15mL,保持反應溫度不變,反應30min,控制pH為8,滴加完畢后繼續反應30min。將溫度升高到30℃,繼續反應2h。滴加50%亞硫酸鈉溶液10mL,加入乙酸乙酯40mL萃取,攪拌30min,靜止30min,用分液漏斗除去水層,乙酸乙酯層收集,冷卻降溫,析出產物即為阿德福韋酯。企業提供的這項工藝反應原料、反應試劑簡單易得,酯化反應所產生的副產物三甲基氯硅烷可以循環使用,節約了生產成本。工藝整體反應條件溫和,操作簡便,充分發揮連續萃取的技術優勢,避免使用柱層析分離,產品純度高,市場競爭力強。學生如果能夠熟悉、掌握合成技術,將有利于提高自身擇業優勢。2.2.4中樞興奮藥顏色洛貝林的制備實踐鹽酸洛貝林稱為山梗菜堿鹽酸鹽,別名為祛痰堿、北美山梗菜堿、半邊蓮堿等,為中樞興奮藥,具有藥效作用時間短,使用劑量安全范圍大,副作用驚厥現象少等特點?;瘜W名為1-甲基-2(β-羥基-β-苯基乙基)-6-苯甲酰甲基哌啶鹽酸鹽。它主要的臨床用途為新生兒窒息,吸入麻醉藥及一氧化碳中毒引起的呼吸抑制以及肺炎、白喉等傳染病引起的呼吸衰竭等癥狀[8]。作用時效短暫,藥效僅僅維持數分鐘,其安全范圍大,副作用少,目前仍應用于臨床。苯甲酰乙酸鉀是合成洛貝林的重要中間體,多數藥企都有此藥物的中間體生產線,根據市場調查和企業咨詢,筆者獲取了相關中間體的市場需求和合成技術路線,依此為依據設計學生實驗(見圖5),讓學生了解企業的最新動態,了解市場技術和應用前景。第一步:?;磻?。具體實驗操作步驟和實驗反應現象:在250mL四口瓶中加入50mL氫氧化鈉溶液(14%),冰浴降溫,將反應溫度控制在12℃~19℃之間,然后緩慢滴加乙酰乙酸乙酯8mL,此時反應瓶中出現白色膏狀物,接著滴加10mL苯甲酰氯,再加入50mL氫氧化鈉溶液,整個反應體系為黃色混濁狀,保持溫度不變,攪拌30min,溶液顏色變為淺黃色混濁液體,將反應溫度升高至28℃,加入7mL氨水和7mL飽和氯化銨溶液,淺黃色反應液中迅速產生大量的均勻小油珠,此時將反應溫度升至38℃~43℃,繼續攪拌10min,隨著反應的不斷進行,反應液中油珠的數量不斷地變多??刂品磻獪囟?,將反應溫度降低至20℃,反應靜置3h,此時油珠會逐漸聚集到反應瓶的瓶底,顏色變為橙黃色。將反應全部倒入分液漏斗中,靜置后,液面呈現出水相和油相,上層水相整體為淺黃色,液面上附著有少量的油珠,油相沉在下層,油相顏色為橙黃色,將油相分離,即得苯甲酰乙酸乙酯。第二步:水解反應。具體操作流程與反應現象:將第一步反應合成得到的苯甲酰乙酸乙酯全部加入到60mL氫氧化鉀溶液中,冰浴降溫,反應溫度控制在0℃~5℃之間,攪拌30min,0℃放置冰箱,抽濾,濾餅為橙黃色成團粘油,濾液為澄清的黃色液體,即苯甲酰乙酸鉀,收率為80%。苯甲酰乙酸鉀的合成操作簡便、收率高,適合充當學生實驗在學校里開展,不僅可以豐富學生的視野范圍,同時還能提高學生的動手熱情,提升教學質量。
3變換考察方式,增強考核靈活性
目前,藥物化學的常規考核方式是筆試,但它僅僅體現的是學生對書本理論知識的掌握情況,不適合評價學生整體的學習效果,缺乏客觀性和全面性。為此,筆者嘗試將考核方式進行變換,采取過程考核方式對學生進行整體考核[9]。
3.1小組課后作業考核
該部分考核結果占總成績的30%,教師將學生分為6個小組,由小組的成員進行自覺分工,完成教師布置的課后任務,最終教師將小組分工情況、作業完成情況和學習心得進行匯總。教師將所有小組的課后作業進行縱向對比,各小組互相打分,確定每組的作業成績。3.2教學做一體化考核該部分占總成績的20%,成績主要由學生對于案例的理解和課堂表現決定。
3.3操作實踐考核
該部分占總成績的50%,成績主要由學生在案例具體操作中的動手能力決定。具體評分細則如下:以案例教學中3-甲基-4-硝基苯甲酸為例,如果實驗操作過程中,教師最終產物的收率為80%,則以此為標準對學生進行考核;若學生操作后所得產物收率為70%,則學生的操作成績為87.5(學生操作收率/80%×100);若學生操作所得產物收率為40%,則學生操作成績為50分。將考核成績與具體的實驗操作結果相聯系。
4教學反思
藥物化學是一門將有機化學與藥物合成相結合的課程,講究合成藝術和設計靈感。筆者在教學實踐中發現,將書本理論知識與企業生產實踐結合以后,可以顯著提高學生的學習積極性[10],學生更加愿意去思考、構思、組織、溝通和準備實踐,課堂氛圍變得更加活躍,學生的課程配合程度較以往明顯提高。通過筆者的教學嘗試,逐步形成了一種讓學生接受并愿意主動配合的教學方法。
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作者:亓亮 陳熙 張子怡 肖林霞 單位:江蘇醫藥職業學院
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