【word】 溴乙烷消去反应的实验条件探究

【word】 溴乙烷消去反应的实验条件探究 溴乙烷消去反应的实验条件探究 化学教学2009年.第8期 溴乙烷消去反应的实验条件探究 周仁鸽 (永嘉中学,浙江永嘉325100) 摘要:以反应的机理人手,在前人研究的基础上, 面对溴乙烷消去反应实验进行了探究. 关键词:消去反应;产率;快速加热;反应温度; 文章编号:1005--6629(2009)08.0044--02 从反应物的剂量,加热速率,反应温度及不同碱的影响等方 反应剂量 中图分类号:G633.8文献标识码:C 普通高中各版本的新课标化学教材——《有机 化学基础》(选修)均涉及了溴乙烷与KOH(或NaOH) 乙醇溶液共热生成乙烯的反应,但很多老师反映难 以成功.也有些老师因省去了气体的水洗装置,或 是因为水洗不充分,也能致使混合气体中含有乙醇 蒸汽使酸性高锰酸钾溶液(或溴水中)褪色,从而以 为实验取得了成功.由此笔者对该实验进行多方面 的研究,找到了合适的实验条件和实验方法. 1反应机理 大学教材《有机化学》?中指出,卤代烃的消除 反应(高中教材称之为消去反应)属于双分子消除反 应(E2),它与双分子亲核取代反应(SN2)很相似,它 们的不同之处在于,S2反应中亲核试剂进攻是Ot一 碳原子,而在E2反应中亲核试剂进攻的是B一氢原 子.因此,消除反应和取代反应是相互竞争,相互 伴随发生的. 在该教材的第207页叙述了卤代烃的消除反应 和取代反应的影响因素,指出反应物中Or.一碳支链 增多,亲核试剂的碱性增强,升高温度,弱极性溶 剂等均有利于消除反应的进行.从结构来看,溴乙 烷容易发生取代反应而不易发生消除反应,在《基础 有机化学》【2】中提到,溴乙烷于55?时,在乙醇钠 的乙醇溶液中发生取代反应的产物的百分比为99 %.而消除反应产物仅为l%. 由此可知.溴乙烷与氢氧化钾乙醇溶液发生的 主要是取代反应,消去反应的比例很小,因此要从 反应温度,氢氧化钾乙醇溶液的浓度及反应物的充 分利用上,提高乙烯的产量. 2实验探究, 基于以上分析,笔者从不同种类碱的影响,加 热升温的速度,反应的温度等方面对该实验进行反 复研究的基础上,,设计了如下的装置(图1). 图1 与教材相比,笔者从以下几个方面对实验作进 一 步改进: ?用较长的导气管,以增加冷凝回流的效果; ?快速加热反应物(调大酒精灯火焰),加快 反应速率,同时减少消去反应发生之前溴乙烷的挥 发: ?增加反应物剂量.溴乙烷与乙醇的体积1:3. 溴乙烷l5mL,无水乙醇45mL,氢氧化钾固体21.42 g(在沸腾时恰好饱和).有研究者13]曾测试过沸腾时 氢氧化钾与氢氧化钠乙醇溶液的沸点及该温度下的 溶解度:饱和氢氧化钾乙醇溶液沸点为1l6?.在 沸腾时的溶解度为47.6g/100mL乙醇;而饱和氢氧 化钠乙醇溶液沸点仅为85?,在沸腾时的溶解度 仅为10.0g/100mL乙醇.因此,用氢氧化钾比氢氧 化钠效果要好,适当增加氢氧化钾乙醇饱和溶液的 量,有利于提高反应体系的共沸温度. 本实验所用药品:酸性高锰酸钾浓度0.01%. 高锰酸钾,氢氧化钾,无水乙醇,溴乙烷均为分析 2009年.第8期实验与创新思维45 纯. 实验的过程与现象如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1所示: 表1 酸性高锰酸钾时间温度 反应器中的现象洗气瓶中现象溶液或溴水中( rain)(?)现象 开始加热.即有有气泡冒O35有气泡冒 气泡冒m但不变色 开始剧烈沸腾,有气泡冒m. 255并开始析m油气泡减少.不 并产生大量气泡变色状液体 剧烈沸腾.并产有少量气泡冒试管1稍有变370 生大量气泡出浅 溶液颜色有明480同上同上 显变浅 溶液颜色迅速 变浅直至完全 590同上同上褪色f将导管 体拿m并插人 试管21 6100同上同上颜色迅速变浅 试管2溶液完全 7106同上同上褪色(将导管 体拿出并插入 试管31 分别使试管3,7 9,19108一lI2同上同上(共5支)溶液完 全褪色 反应液尚有少量 剩余.停止加热.油状液体经分 20112冷却后.混合物液为9 mL呈糊状 .并稍变 黄. (说明:试管1-7各均为3mL0.001%的酸性高锰酸 钾,当一支试管中溶液完全褪色后,更换另一试管.) 现象分析与结论: ?上述实验条件下,溴乙烷需8O?以上才能 发生明显的消去反应,从酸性高锰酸钾的褪色速度 看,比较适宜的反应温度大致为90?一110oC.在 该范围,温度越高,产生乙烯的速率越快.如果加 热速度过慢或冷凝效果差,溴乙烷在65?左右就 有可能完全蒸发进入洗气瓶,导致实验失败. ?从实验中酸性高锰酸钾的褪色情况及各次实 验后洗气瓶中被冷凝油状液体的体积可知,该装置 的回流效果比较好.若能加快加热的速度,洗气瓶 的油状液体会更少,反应效率更高. 3研究的结论 从以上研究可知,将溴乙烷与氢氧化钾的乙醇 溶液发生消去反应设计成课堂实验是可行的.但由 于该反应生成乙烯的转化率很低,加上中学实验常 规仪器的限制,反应生成乙烯量较少,所以笔者在 自己的反复实验的基础上,建议大家从如下几个方 面对实验进行改进: 3.1增大反应物剂量 虽这一方法容易造成反应装置的复杂化,无法 用试管作反应器,但能确保实验的成功,所以这是 本实验改进中最有效的方法: 3.2减少反应物挥发 ?适当增加玻璃导管的高度,以增加冷凝回流 的效果;?快速加热反应物,减少溴乙烷在消去反 应发生之前的挥发与水解.但要注意过长的导管会 增加气体的残余,可能会影响实验的效果. 3.3提高反应温度 ?快速加热反应物,使反应物迅速达到适宜的 反应温度;?尽可能增加碱的量,以提高共沸体系 的沸点. 3.4增加反应体系的碱性 ?增加氢氧化钾的量,确保使氢氧化钾能在沸 腾下仍能达到饱和,以增加溶液的碱性;?可用醇 钠或醇钾代替氢氧化钾,但不宜使用氢氧化钠. 3.5若为验证实验.在现象明显的前提下. 尽可能降低酸性高锰酸钾或溴水的浓度 在上述各种方法中,增大反应物剂量,并快速 升高温度是实验成功的关键.此外,也可尝试用沸 点较高,仅一碳原子上有支链的卤代烃代替溴乙烷, 这样上述问题都会迎刃而解,但它容易偏离教材的 主题. 虽然溴乙烷与氢氧化钾的醇溶液发生的消去反 应,因其难以发生,在有机合成中是没有实际利用 价值的,但对于仅一碳原子有支链或B一氢原子比较 活泼的卤代烃而言,消去反应是比较容易发生的. 如:(CH3)2CHBr,C6H5CH2CH2Br等.消去反应作为卤 代烃的重要性质,在高中有机化学的知识体系中, 有着相当重要的地位的.因此.普通高中各版本的 化学新教材均安排这一内容.溴乙烷作为简单而典 型的卤代烃,各教材将其作为这一重要知识的载 体,符合了知识的教育性需要.但对于该实验的操 作,实验者还需要细心把握. 参考文献: …章烨.有机化学[M1.北京:科学教育出版社.2006:291. [2】刑其毅.裴伟伟,徐瑞秋等.基础有机化学( 上册 三年级上册必备古诗语文八年级上册教案下载人教社三年级上册数学 pdf四年级上册口算下载三年级数学教材上册pdf )(第三版)[M】. 北京:高等教育出版社.2005:291. [3]泰丙昌,张贺飞,陈传战.溴乙烷与氢氧化钠或氢氧化钾乙醇溶 液反应的研究o1.化学教学.2002~):13. [4】王祖浩.普通高中化学课程标准实验教科书《有机化学基础》 ].南京:江苏教育出版社.2006:62. [5]普通高中化学课程标准实验教科书《有机化学基础》[M].北 京:人民教育出版社.2004:41.