资源描述：
《溴乙烷消去反应的实验条件探究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、溴乙烷消去反应的实验条件探究 摘要:以反应的机理入手,在前人研究的基础上,从反应物的剂量、加热速率、反应温度及不同碱的影响等方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;反应剂量 文章编号:1005-6629(2016)08-0044-02中图分类号: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
2、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》[1]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,SN2反应中亲核试剂进攻是α-碳原子,而在E2反应中亲核试剂进攻的是β-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
3、影响因素,指出反应物中α-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5℃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9%,而消除反应产物仅为1%。 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
4、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)。 与教材相比,笔者从以下几个方面对实验作进一步改进: ①用较长的导气管,以增加冷凝回流的效果; ②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; ③增加反应物剂量。溴乙烷与乙醇的体积1∶3,溴乙烷1mL,无水乙醇4mL,氢氧化钾固体(在沸腾时恰好饱和)。有研究者[3]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11℃,在沸腾时的溶解度为/100mL乙醇;而
5、饱和氢氧化钠乙醇溶液沸点仅为8℃,在沸腾时的溶解度仅为g/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%,高锰酸钾、氢氧化钾、无水乙醇、溴乙烷均为分析纯。 实验的过程与现象如表1所示: (*说明:试管1～7各均为mL%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: ①上述实验条件下,溴乙烷需80℃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
6、致为90℃～110℃,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6℃左右就有可能完全蒸发进入洗气瓶,导致实验失败。 ②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。 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
7、的基础上,建议大家从如下几个方面对实验进行改进: 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; 减少反应物挥发 ①适当增加玻璃导管的高度,以增加冷凝回流的效果;②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。 提高反应温度 ①快速加热反应物,使反应物迅速达到适宜的反应温度;②尽可能增加碱的量,以提高共沸体系的沸点。 增加反应体系的碱性 ①增加氢氧化钾的量,
8、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;②可用醇钠或醇钾代替氢氧化钾,但不宜使用氢氧化钠。 3.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、α-碳原子上有支链的卤代烃代替溴乙烷,这
