溴乙烷消去反應(yīng)的試驗(yàn)條件探究

1、溴乙烷消去反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件探究以反應(yīng)的機(jī)理入手，在前人研究的基礎(chǔ)上，從反應(yīng)物的劑量、加熱速率、反應(yīng)溫度 及不同堿的影響等方面對溴乙烷消去反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探究。普通高中各版本的新課標(biāo)化學(xué)教材有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修） 均涉及了溴乙烷與KOH（或NaOH乙醇溶液共熱生成乙烯的反應(yīng)，但很多老師反映難以成功， 也有些老師因省去了氣體的水洗裝置， 或是因?yàn)樗床怀浞郑材苤率够旌蠚怏w中含有乙醇蒸汽 使酸性高錳酸鉀溶液（或溴水中）褪色，從而以為實(shí)驗(yàn)取得了成功。由此筆者對該實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行多方面的研究，找到了合適的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法。1 反應(yīng)機(jī)理大學(xué)教材有機(jī)化學(xué) 1 中指出，鹵代烴的消除反應(yīng)（高中教材稱之為消去反應(yīng)） 屬于

2、雙分子消除反應(yīng)（E2）,它與雙分子親核取代反應(yīng)（Sn2）很相似，它們的不同之處 在于，Sn2反應(yīng)中親核試劑進(jìn)攻是 a -碳原子，而在E2反應(yīng)中親核試劑進(jìn)攻的是 卩-氫原 子。因此，消除反應(yīng)和取代反應(yīng)是相互競爭、相互伴隨發(fā)生的。在該教材的第 207 頁敘述了鹵代烴的消除反應(yīng)和取代反應(yīng)的影響因素， 指出反應(yīng)物 中a -碳支鏈增多、親核試劑的堿性增強(qiáng)、升高溫度、弱極性溶劑等均有利于消除反應(yīng) 的進(jìn)行。從結(jié)構(gòu)來看，溴乙烷容易發(fā)生取代反應(yīng)而不易發(fā)生消除反應(yīng)，在基礎(chǔ)有機(jī)化 學(xué)2中提到，溴乙烷于55 C時，在乙醇鈉的乙醇溶液中發(fā)生取代反應(yīng)的產(chǎn)物的百分比 為 99，而消除反應(yīng)產(chǎn)物僅為 1。由此可知， 溴乙烷與氫

3、氧化鉀乙醇溶液發(fā)生的主要是取代反應(yīng)， 消去反應(yīng)的比例很 小，因此要從反應(yīng)溫度、氫氧化鉀乙醇溶液的濃度及反應(yīng)物的充分利用上，提高乙烯的 產(chǎn)量。2 實(shí)驗(yàn)探究 基于以上分析，筆者從不同種類堿的影響、加熱升溫的速度、反應(yīng)的溫度等方面對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了如下的裝置 （圖 1）。與教材相比，筆者從以下幾個方面對實(shí)驗(yàn)作進(jìn)一步改進(jìn)： 用較長的導(dǎo)氣管，以增加冷凝回流的效果； 快速加熱反應(yīng)物（調(diào)大酒精燈火焰），加快反應(yīng)速率，同時減少消去反應(yīng)發(fā)生之 前溴乙烷的揮發(fā)； 增加反應(yīng)物劑量。溴乙烷與乙醇的體積1 : 3,溴乙烷15 mL,無水乙醇45 mL,氫氧化鉀固體21.42g（在沸騰時恰好飽和）。有研

4、究者3曾測試過沸騰時氫氧化鉀與氫氧 化鈉乙醇溶液的沸點(diǎn)及該溫度下的溶解度：飽和氫氧化鉀乙醇溶液沸點(diǎn)為116C，在沸騰時的溶解度為47.6 g/100 mL乙醇；而飽和氫氧化鈉乙醇溶液沸點(diǎn)僅為85C，在沸騰時的溶解度僅為10.0 g/100 mL乙醇。因此，用氫氧化鉀比氫氧化鈉效果要好，適當(dāng)增 加氫氧化鉀乙醇飽和溶液的量，有利于提高反應(yīng)體系的共沸溫度。本實(shí)驗(yàn)所用藥品：酸性高錳酸鉀濃度 0.01%,高錳酸鉀、氫氧化鉀、無水乙醇、溴 乙烷均為分析純。實(shí)驗(yàn)的過程與現(xiàn)象如表1所示：XII_牛:丈址氣泡卅I同上Bf HiJ (min)mft辰器叩的觀望觀瓶屮現(xiàn)象問性沁詁皎制 =-n、035開猜加盤X

5、9;起H出扌f*t惟冒出1 泡 n 11.fll Mt間I-9-19反梅檢倘扣少 刪盤.F；止如乩冷41后,7 H狀.井稍愛（*說明：試管17各均為3 mL 0.001%的酸性高錳酸鉀，當(dāng)一支試管中溶液完全褪色后，更換另一 試管。）現(xiàn)象分析與結(jié)論： 上述實(shí)驗(yàn)條件下，溴乙烷需80 C以上才能發(fā)生明顯的消去反應(yīng)， 從酸性高錳酸鉀的褪色速度看，比較適宜的反應(yīng)溫度大致為90 C110C，在該范圍，溫度越高，產(chǎn)生乙烯的速率越快。如果加熱速度過慢或冷凝效果差，溴乙烷在65 °C左右就有可能完全蒸 發(fā)進(jìn)入洗氣瓶，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。 從實(shí)驗(yàn)中酸性高錳酸鉀的褪色情況及各次實(shí)驗(yàn)后洗氣瓶中被冷凝油狀液體的體

6、積可知，該裝置的回流效果比較好。若能加快加熱的速度，洗氣瓶的油狀液體會更少， 反應(yīng)效率更高。3 研究的結(jié)論從以上研究可知， 將溴乙烷與氫氧化鉀的乙醇溶液發(fā)生消去反應(yīng)設(shè)計(jì)成課堂實(shí)驗(yàn)是 可行的，但由于該反應(yīng)生成乙烯的轉(zhuǎn)化率很低，加上中學(xué)實(shí)驗(yàn)常規(guī)儀器的限制，反應(yīng)生 成乙烯量較少， 所以筆者在自己的反復(fù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建議大家從如下幾個方面對實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行改進(jìn)：3.1 增大反應(yīng)物劑量雖這一方法容易造成反應(yīng)裝置的復(fù)雜化，無法用試管作反應(yīng)器， 但能確保實(shí)驗(yàn)的成 功，所以這是本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中最有效的方法；3.2 減少反應(yīng)物揮發(fā) 適當(dāng)增加玻璃導(dǎo)管的高度，以增加冷凝回流的效果； 快速加熱反應(yīng)物， 減少溴乙烷在消去反應(yīng)發(fā)生

7、之前的揮發(fā)與水解。但要注意過長 的導(dǎo)管會增加氣體的殘余，可能會影響實(shí)驗(yàn)的效果。3.3 提高反應(yīng)溫度 快速加熱反應(yīng)物，使反應(yīng)物迅速達(dá)到適宜的反應(yīng)溫度； 盡可能增加堿的量，以提高共沸體系的沸點(diǎn)。3.4 增加反應(yīng)體系的堿性 增加氫氧化鉀的量，確保使氫氧化鉀能在沸騰下仍能達(dá)到飽和，以增加溶液的堿性； 可用醇鈉或醇鉀代替氫氧化鉀，但不宜使用氫氧化鈉。3.5 若為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)象明顯的前提下，盡可能降低酸性高錳酸鉀或溴水的濃度在上述各種方法中，增大反應(yīng)物劑量，并快速升高溫度是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。此外， 也可嘗試用沸點(diǎn)較高、 a -碳原子上有支鏈的鹵代烴代替溴乙烷，這樣上述問題都會迎 刃而解，但它容易偏離教材的主題。雖然溴乙烷與氫氧化鉀的醇溶液發(fā)生的消去反應(yīng)， 因其難以發(fā)生，在有機(jī)合成中是 沒有實(shí)際利用價值的， 但對于a -碳原子有支鏈或卩-氫原子比較活潑的鹵代烴而言，消 去反應(yīng)是比較容易發(fā)生的，如： (CH3) 2CHBr、 C6H5CH2CH2Br 等。消去反應(yīng)作為鹵代烴的重 要性質(zhì)，