叔丁基氯的水解
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叔丁基氯的水解. 山西大学化学化工学院综合实验实验中心. 实验目的. 1. 了解并掌握一些简单的测定反应速度和动力学的方法。 2. 了解影响 S N 1 反应的诸因素。. 实验原理. 不同条件下反应速率的测定(反应动力学)为反应机理提供了重要的线索。叔卤代烷的水解或溶剂解是典型的 S N 1 反应,反应速率主要受下列因素的影响,本实验将这些影响因素进行观察和验证。 溶剂 溶剂性质对 S N 1 反应速率影响很大,溶剂极性和质子化性质的增加都有利加速反应。极性大的溶剂更容易通过溶剂化作用稳定反应的过渡态。

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叔丁基氯的水解

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Presentation Transcript


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叔丁基氯的水解

山西大学化学化工学院综合实验实验中心


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实验目的

  • 1.了解并掌握一些简单的测定反应速度和动力学的方法。

  • 2.了解影响SN1反应的诸因素。


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实验原理

不同条件下反应速率的测定(反应动力学)为反应机理提供了重要的线索。叔卤代烷的水解或溶剂解是典型的SN1反应,反应速率主要受下列因素的影响,本实验将这些影响因素进行观察和验证。

溶剂 溶剂性质对SN1反应速率影响很大,溶剂极性和质子化性质的增加都有利加速反应。极性大的溶剂更容易通过溶剂化作用稳定反应的过渡态。

温度 温度的变化直接影响反应速率。估计温度每上升10℃,反应速率提高一倍。


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实验原理

浓度 SN1反应是动力学一级反应,反应速率与反应物(卤代烷)的浓度成正比,而反应的速率常数与反应物的浓度无关。

底物 底物中烷基的结构和离去基团的碱性都会对反应速率产生明显的影响。

由于SN1反应决定速率的步骤仅包含卤代烷,所以反应速率与亲核试剂的浓度无关,而只与底物的浓度成正比。

反应速率=k[RCl] (1)


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实验原理

速率常数k是给定条件下反应进行快慢的标志,对比较彼此类似的反应是一个重要的数值。它等于单位浓度下的反应速率,与反应物的浓度无关,只与反应温度、溶剂和底物的结构有关。

由于浓度随时间不断变化,将(1)式微分后为:

(2)

将(2)式经移项和积分后可得到如下结果:

(3)


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实验原理

(4)

这里[RCl]0是叔丁基氯的起始浓度,并且由于

所以

(5)

(6)


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实验原理

根据方程式(6),可以采用不同的方法测定反应的速率常数。本实验中由于时间限制,我们将测定反应完成10%所需要的时间来进行计算。时间是由加入的氢氧化钠的物质的量来控制的。由于在t时还有90%的底物尚未反应,所以[RCl]在t时的浓度为:

[ RCl ] = 0.9 [ RCl ]0(7)

将(7)代入方程式(6),于是


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实验原理

(8)

其中时间单位是s, k值的单位是s-1。

实验中加入氢氧化物的量(物质的量)为叔丁基氯的十分之一,这样就可以确保测定10%时,生成的盐酸中和了加入的氢氧化钠。


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试剂

  • 0.10mol/L叔丁基氯-丙酮溶液,0.10mol/L氢氧化钠溶液,0.2%溴百里酚蓝丙酮溶液


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实验步骤

  • (一)具体操作方法

    1. 叔丁基氯的水解反应

    在三个25mL干燥清洁的锥形瓶中,用1.0mL的移液管加入0.30mL0.10mol/L的氢氧化钠溶液,接着用10mL的量筒加入6.7mL蒸馏水和2滴0.2%溴百里酚蓝的丙酮溶液,摇匀后塞好瓶子,记作A;在另外三个25mL的锥形瓶中,用10mL的吸量管加入3.0mL 0.10mol/L叔丁基氯的丙酮溶液,塞好瓶子,计作B。


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实验步骤

  • 将瓶A和瓶B置于水浴中,调节锥形瓶的高度,使水浴水平面到瓶颈以下,用铁夹固定,记录水浴温度。时加摇动锥形瓶,使反应物温度达到平衡。5min之后,从水浴中取出瓶B,拭干瓶壁上的水,尽快将瓶B中的溶液加到瓶A中,同时启动秒表。摇荡约10s,使反应混合物混匀,溶液一旦混合反应即很快进行。观察溶液由蓝变黄时,立即停止秒表,记录反应所需的时间。重复这一操作2-3次,时间值的平均误差不能超过2-3s。取时间平均值,代入方程式(8)中,计算k值。


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实验步骤

  • 2.选做实验

    完成上述实验之后,可根据指导教师建议视情况选做以下实验:

  • (1)反应物浓度的影响

    测定反应物叔丁基氯为上述二分之一时的速率常数k,反应步骤同上,只需在瓶A中再加10mL30%丙酮水溶液。记录叔丁基氯在此条件下进行10%水解所需的时间。从计算结果了解反应速度是否取决于反应物的浓度。


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实验步骤

  • (2)溶剂极性的影响

    在80%水-20%丙酮中进行水解反应。为此,加入2mL 0.15mol/L叔丁基氯的丙酮溶液和0.3mL0.1mol/L氢氧化钠水溶液和7.7mL水,反应步骤同上,计算k值,从计算结果了解反应速率与溶剂极性的关系。

  • (3)反应温度的影响

    用恒温水浴控制在高于室温10℃和低于室温10℃条件下,重复第一部分实验。两个锥形瓶混合前必须使锥形瓶在水浴中恒温5min以上。计算相应温度下的k值。从计算结果了解温度对反应速率的影响。


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实验步骤

  • (4)反应物结构的影响

    用叔戊基氯(2-甲基-氯丁烷)和叔丁基溴代替叔丁基氯重复第一部分实验,分别计算k值。了解反应速率与反应物结构之间的关系。


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实验步骤

  • (二)注意事项

    1. 由于反应速度对温度的变化非常敏感,为了减小实验的误差,反应最好在水浴中进行,并尽可能保持温度的恒定,特别是温度升高时,反应时间缩短,更要引起注意。

    2.实验中碱的加入量也关系到实验的成败。因为速率常数的计算是以反应完成10%为依据的,所以要用吸量管准确量取卤代烷和氢氧化钠溶液。


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实验步骤

  • 3.本实验最好由两个同学合作完成,一个人观察指示剂颜色的变化,一个计时并记录数据。

  • 4.反应中加入酸碱指示剂溴百里酚蓝,通过指示剂颜色的变化,可简便地测定出反应生成的盐酸量即叔丁基氯消耗的量。因此,准确地观察和判断指示剂的颜色的变化是实验的关键。

  • 5.采用丙酮作为反应溶剂是由于丙酮对卤代烷有良好的溶解性,反应速度较快且与底物不发生作用。


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实验步骤

  • (三)提问

    本实验的副反应是什么?副反应对实验结果有何影响?


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总结

  • (一)数据处理


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总结

  • (二)讨论

    结合本实验的实验结果,试总结SN1反应中反应物浓度、溶剂、温度及反应物结构等因素对反应速率常数的影响。


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思考题

  • 预计下列两组化合物进行溶剂解反应时的相对速率:

    1.(CH3)3CCl 和 (C6H5)3CCl

    2. CH3CH2OCH2Cl 和 CH3CH2OCH2CH2Cl


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