溴乙烷消去反應的試驗條件探究

1、溴乙烷消去反應的實驗條件探究以反應的機理入手，在前人研究的基礎上，從反應物的劑量、加熱速率、反應溫度 及不同堿的影響等方面對溴乙烷消去反應實驗進行了探究。普通高中各版本的新課標化學教材有機化學基礎（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，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， 或是因為水洗不充分，也能致使混合氣體中含有乙醇蒸汽 使酸性高錳酸鉀溶液（或溴水中）褪色，從而以為實驗取得了成功。由此筆者對該實驗 進行多方面的研究，找到了合適的實驗條件和實驗方法。1 反應機理大學教材有機化學 1 中指出，鹵代烴的消除反應（高中教材稱之為消去反應） 屬于

2、雙分子消除反應（E2）,它與雙分子親核取代反應（Sn2）很相似，它們的不同之處 在于，Sn2反應中親核試劑進攻是 a -碳原子，而在E2反應中親核試劑進攻的是 卩-氫原 子。因此，消除反應和取代反應是相互競爭、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和取代反應的影響因素， 指出反應物 中a -碳支鏈增多、親核試劑的堿性增強、升高溫度、弱極性溶劑等均有利于消除反應 的進行。從結構來看，溴乙烷容易發(fā)生取代反應而不易發(fā)生消除反應，在基礎有機化 學2中提到，溴乙烷于55 C時，在乙醇鈉的乙醇溶液中發(fā)生取代反應的產物的百分比 為 99，而消除反應產物僅為 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， 消去反應的比例很 小，因此要從反應溫度、氫氧化鉀乙醇溶液的濃度及反應物的充分利用上，提高乙烯的 產量。2 實驗探究 基于以上分析，筆者從不同種類堿的影響、加熱升溫的速度、反應的溫度等方面對該實驗進行反復研究的基礎上，設計了如下的裝置 （圖 1）。與教材相比，筆者從以下幾個方面對實驗作進一步改進： 用較長的導氣管，以增加冷凝回流的效果； 快速加熱反應物（調大酒精燈火焰），加快反應速率，同時減少消去反應發(fā)生之 前溴乙烷的揮發(fā)； 增加反應物劑量。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及該溫度下的溶解度：飽和氫氧化鉀乙醇溶液沸點為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，適當增 加氫氧化鉀乙醇飽和溶液的量，有利于提高反應體系的共沸溫度。本實驗所用藥品：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。實驗的過程與現象如表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，當一支試管中溶液完全褪色后，更換另一 試管。）現象分析與結論： 上述實驗條件下，溴乙烷需80 C以上才能發(fā)生明顯的消去反應， 從酸性高錳酸鉀的褪色速度看，比較適宜的反應溫度大致為90 C110C，在該范圍，溫度越高，產生乙烯的速率越快。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)進入洗氣瓶，導致實驗失敗。 從實驗中酸性高錳酸鉀的褪色情況及各次實驗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， 反應效率更高。3 研究的結論從以上研究可知， 將溴乙烷與氫氧化鉀的乙醇溶液發(fā)生消去反應設計成課堂實驗是 可行的，但由于該反應生成乙烯的轉化率很低，加上中學實驗常規(guī)儀器的限制，反應生 成乙烯量較少， 所以筆者在自己的反復實驗的基礎上，建議大家從如下幾個方面對實驗 進行改進：3.1 增大反應物劑量雖這一方法容易造成反應裝置的復雜化，無法用試管作反應器， 但能確保實驗的成 功，所以這是本實驗改進中最有效的方法；3.2 減少反應物揮發(fā) 適當增加玻璃導管的高度，以增加冷凝回流的效果； 快速加熱反應物， 減少溴乙烷在消去反應發(fā)生

7、之前的揮發(fā)與水解。但要注意過長 的導管會增加氣體的殘余，可能會影響實驗的效果。3.3 提高反應溫度 快速加熱反應物，使反應物迅速達到適宜的反應溫度； 盡可能增加堿的量，以提高共沸體系的沸點。3.4 增加反應體系的堿性 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 若為驗證實驗，在現象明顯的前提下，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，增大反應物劑量，并快速升高溫度是實驗成功的關鍵。此外， 也可嘗試用沸點較高、 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， 因其難以發(fā)生，在有機合成中是 沒有實際利用價值的， 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 去反應是比較容易發(fā)生的，如： (CH3) 2CHBr、 C6H5CH2CH2Br 等。消去反應作為鹵代烴的重 要性質，