叔丁基氯的水解

1、叔丁基氯的水解叔丁基氯的水解 山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中心山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解并掌握一些簡單的測定反應(yīng)速度和動(dòng)力學(xué)的方法。2.了解影響SN1反應(yīng)的諸因素。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 不同條件下反應(yīng)速率的測定（反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）為反應(yīng)機(jī)理提供了重要的線索。叔鹵代烷的水解或溶劑解是典型的SN1反應(yīng)，反應(yīng)速率主要受下列因素的影響，本實(shí)驗(yàn)將這些影響因素進(jìn)行觀察和驗(yàn)證。溶劑 溶劑性質(zhì)對SN1反應(yīng)速率影響很大，溶劑極性和質(zhì)子化性質(zhì)的增加都有利加速反應(yīng)。極性大的溶劑更容易通過溶劑化作用穩(wěn)定反應(yīng)的過渡態(tài)。 溫度 溫度的變化直接影響反應(yīng)速率。估計(jì)溫度每上升10，反應(yīng)速率提高一倍

2、。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理濃度 SN1反應(yīng)是動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物（鹵代烷）的濃度成正比，而反應(yīng)的速率常數(shù)與反應(yīng)物的濃度無關(guān)。底物 底物中烷基的結(jié)構(gòu)和離去基團(tuán)的堿性都會(huì)對反應(yīng)速率產(chǎn)生明顯的影響。由于SN1反應(yīng)決定速率的步驟僅包含鹵代烷，所以反應(yīng)速率與親核試劑的濃度無關(guān)，而只與底物的濃度成正比。 反應(yīng)速率=kRCl （1）實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理速率常數(shù)k是給定條件下反應(yīng)進(jìn)行快慢的標(biāo)志，對比較彼此類似的反應(yīng)是一個(gè)重要的數(shù)值。它等于單位濃度下的反應(yīng)速率，與反應(yīng)物的濃度無關(guān)，只與反應(yīng)溫度、溶劑和底物的結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于濃度隨時(shí)間不斷變化，將（1）式微分后為： （2）將（2）式經(jīng)移項(xiàng)和積分后可得到如下結(jié)果： （

3、3）-dRCldt= kRCl-dRClk dt=RCl實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 （4）這里RCl0是叔丁基氯的起始濃度，并且由于 所以 （5）即 （6）實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)方程式（6），可以采用不同的方法測定反應(yīng)的速率常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中由于時(shí)間限制，我們將測定反應(yīng)完成10%所需要的時(shí)間來進(jìn)行計(jì)算。時(shí)間是由加入的氫氧化鈉的物質(zhì)的量來控制的。由于在t時(shí)還有90%的底物尚未反應(yīng)，所以RCl在t時(shí)的濃度為： RCl = 0.9 RCl 0 （7） 將（7）代入方程式（6），于是k t = 2.303 lg0.9RCl0RCl=0.9 2.303 lg1實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 （8）其中時(shí)間單位是s, k值的單位是s-

4、1。實(shí)驗(yàn)中加入氫氧化物的量（物質(zhì)的量）為叔丁基氯的十分之一，這樣就可以確保測定10%時(shí)，生成的鹽酸中和了加入的氫氧化鈉。 k =0.104t試劑試劑 0.10mol/L叔丁基氯-丙酮溶液，0.10mol/L氫氧化鈉溶液，0.2%溴百里酚藍(lán)丙酮溶液 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 （一）具體操作方法（一）具體操作方法1. 叔丁基氯的水解反應(yīng)在三個(gè)25mL干燥清潔的錐形瓶中，用1.0mL的移液管加入0.30mL0.10mol/L的氫氧化鈉溶液，接著用10mL的量筒加入6.7mL蒸餾水和2滴0.2%溴百里酚藍(lán)的丙酮溶液，搖勻后塞好瓶子，記作A；在另外三個(gè)25mL的錐形瓶中，用10mL的吸量管加入3.0mL 0.1

5、0mol/L叔丁基氯的丙酮溶液，塞好瓶子，計(jì)作B。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟將瓶A和瓶B置于水浴中，調(diào)節(jié)錐形瓶的高度，使水浴水平面到瓶頸以下，用鐵夾固定，記錄水浴溫度。時(shí)加搖動(dòng)錐形瓶，使反應(yīng)物溫度達(dá)到平衡。5min之后，從水浴中取出瓶B，拭干瓶壁上的水，盡快將瓶B中的溶液加到瓶A中，同時(shí)啟動(dòng)秒表。搖蕩約10s，使反應(yīng)混合物混勻，溶液一旦混合反應(yīng)即很快進(jìn)行。觀察溶液由藍(lán)變黃時(shí)，立即停止秒表，記錄反應(yīng)所需的時(shí)間。重復(fù)這一操作2-3次，時(shí)間值的平均誤差不能超過2-3s。取時(shí)間平均值，代入方程式（8）中，計(jì)算k值。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟2.選做實(shí)驗(yàn)完成上述實(shí)驗(yàn)之后，可根據(jù)指導(dǎo)教師建議視情況選做以下實(shí)驗(yàn)：(1)反應(yīng)物濃

6、度的影響測定反應(yīng)物叔丁基氯為上述二分之一時(shí)的速率常數(shù)k，反應(yīng)步驟同上，只需在瓶A中再加10mL30%丙酮水溶液。記錄叔丁基氯在此條件下進(jìn)行10%水解所需的時(shí)間。從計(jì)算結(jié)果了解反應(yīng)速度是否取決于反應(yīng)物的濃度。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟（2）溶劑極性的影響在80%水-20%丙酮中進(jìn)行水解反應(yīng)。為此，加入2mL 0.15mol/L叔丁基氯的丙酮溶液和0.3mL0.1mol/L氫氧化鈉水溶液和7.7mL水，反應(yīng)步驟同上，計(jì)算k值，從計(jì)算結(jié)果了解反應(yīng)速率與溶劑極性的關(guān)系。（3）反應(yīng)溫度的影響用恒溫水浴控制在高于室溫10和低于室溫10條件下，重復(fù)第一部分實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)錐形瓶混合前必須使錐形瓶在水浴中恒溫5min以上。計(jì)

7、算相應(yīng)溫度下的k值。從計(jì)算結(jié)果了解溫度對反應(yīng)速率的影響。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟（4）反應(yīng)物結(jié)構(gòu)的影響用叔戊基氯（2-甲基-氯丁烷）和叔丁基溴代替叔丁基氯重復(fù)第一部分實(shí)驗(yàn)，分別計(jì)算k值。了解反應(yīng)速率與反應(yīng)物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟（二）注意事項(xiàng)（二）注意事項(xiàng)1. 由于反應(yīng)速度對溫度的變化非常敏感，為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差，反應(yīng)最好在水浴中進(jìn)行，并盡可能保持溫度的恒定，特別是溫度升高時(shí)，反應(yīng)時(shí)間縮短，更要引起注意。2.實(shí)驗(yàn)中堿的加入量也關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成敗。因?yàn)樗俾食?shù)的計(jì)算是以反應(yīng)完成10%為依據(jù)的，所以要用吸量管準(zhǔn)確量取鹵代烷和氫氧化鈉溶液。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟3.本實(shí)驗(yàn)最好由兩個(gè)同學(xué)合作完成，一個(gè)人觀察指示劑顏色的變化，一個(gè)計(jì)時(shí)并記錄數(shù)據(jù)。4.反應(yīng)中加入酸堿指示劑溴百里酚藍(lán)，通過指示劑顏色的變化，可簡便地測定出反應(yīng)生成的鹽酸量即叔丁基氯消耗的量。因此，準(zhǔn)確地觀察和判斷指示劑的顏色的變化是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。5.采用丙酮作為反應(yīng)溶劑是由于丙酮對鹵代烷有良好的溶解性，反應(yīng)速度較快且與底物不發(fā)生作用。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟（三）提問（三）提問本實(shí)驗(yàn)的副反應(yīng)是什么？副反應(yīng)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？總結(jié)總結(jié) （一）數(shù)據(jù)處理（一）數(shù)據(jù)處理反應(yīng)物溶劑組成（體積）反應(yīng)溫度（）溶劑解的時(shí)間t/s反應(yīng)速率常數(shù)k/s-1123平均總結(jié)總結(jié)（二）討論結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，試總結(jié)