慎選鹵代烴消去反應(yīng)實(shí)驗(yàn)代表物

劉懷樂

摘要： 理論上，溴乙烷與強(qiáng)堿（NaOH或KOH）的乙醇溶液共熱，溴乙烷會(huì)發(fā)生消去反應(yīng)生成乙烯。有數(shù)據(jù)表明，1-溴丙烷的沸點(diǎn)比溴乙烷的沸點(diǎn)高;1-溴丙烷比溴乙烷更容易發(fā)生消去反應(yīng)?，F(xiàn)行人教版高中《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教材中，把1-溴丙烷改換成溴乙烷，以及由它所提供的實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該方案在教學(xué)上不具有可操作性。

關(guān)鍵詞： 溴乙烷; 1-溴丙烷; 乙烯; 消去反應(yīng); 酸性KMnO4溶液

文章編號(hào)： 1005-6629（2019）5-0093-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號(hào)： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

近10多年來，教學(xué)同仁關(guān)于溴乙烷發(fā)生消去反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探索，曾經(jīng)發(fā)出過很多的議論。新近的一位探索者說[1]：“溴乙烷消去反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，但又是一個(gè)很難做成功的實(shí)驗(yàn)。”筆者很有同感，也是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的長期探索者。下面是筆者對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的若干次實(shí)驗(yàn)探究和評(píng)說，希望對(duì)大家會(huì)有些裨益。

1 ?一個(gè)沒有理由可以回避的教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行人教版高中《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教材（選修5）第41頁有：

如果將溴乙烷與強(qiáng)堿（NaOH或KOH）的乙醇溶液共熱，溴乙烷會(huì)從分子中脫去HBr，生成乙烯。

CH2HCH2Br+NaOH乙醇CH2CH2↑+NaBr+H2O

教材還設(shè)計(jì)如下的實(shí)驗(yàn)探究（見圖1）： 有人設(shè)計(jì)了如教材圖2-18所示的實(shí)驗(yàn)方案，用酸性高錳酸鉀溶液是否褪色來檢驗(yàn)生成的氣體是乙烯，并思考以下兩個(gè)問題。

（1） 為什么氣體通入酸性KMnO4溶液前，要加一個(gè)盛水的試管？起什么作用？

（2） 除酸性KMnO4溶液外還可以用什么方法檢驗(yàn)乙烯？此時(shí)還有必要將氣體通入水中嗎？

教材有如此具體的教學(xué)要求，圖1所示的“氣體”顯然是乙烯，至于這種氣體的制法如何，那是教師課堂教學(xué)時(shí)沒有理由回避的教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)。記得2016年重慶市高中化學(xué)教師示范教學(xué)競賽展示課時(shí)，曾有10多位教師以溴乙烷發(fā)生消去反應(yīng)為題進(jìn)行比賽活動(dòng)。參賽的結(jié)果表明，幾乎所有參賽教師都沒能把握好這個(gè)競賽課的實(shí)驗(yàn)問題，不能自圓其說。

2 ?C2H5Br發(fā)生消去反應(yīng)的理性分析

2.1 ?反應(yīng)的溶劑因素

眾所周知，鹵代烷的取代反應(yīng)與消去反應(yīng)是一對(duì)互相競爭的反應(yīng)。一般鹵代烴在消去和取代的競爭中，強(qiáng)堿性的乙醇溶液，有利于消去反應(yīng)的進(jìn)行，而強(qiáng)堿性的水溶液，則有利于取代反應(yīng)的進(jìn)行。為使烯烴產(chǎn)量增加，常常用降低溶劑的極性（如用乙醇）的辦法，以增加鹵代烷在溶液中的溶解性（所有鹵代烷都不溶于水）。這就是鹵代烷發(fā)生消去反應(yīng)時(shí)為什么要在強(qiáng)堿性的乙醇溶液中進(jìn)行的原因。

2.2 ?影響消去反應(yīng)的結(jié)構(gòu)因素和溫度因素

除了溶劑因素以外，影響鹵代烷消去反應(yīng)的因素還有溫度、烷基的結(jié)構(gòu)以及堿的強(qiáng)度[2]。 CH3CH2CH2Br與CH3CH2Br雖然同屬一級(jí)鹵代烷（伯鹵代烷），根據(jù)扎伊采夫規(guī)則[3]： 含氫原子較少的那個(gè)相鄰碳原子，比較容易失去它的氫原子。這就是從結(jié)構(gòu)上講CH3CH2CH2Br比CH3CH2Br更容易發(fā)生消去反應(yīng)的原因。再加上溫度因素，最終導(dǎo)致1-溴丙烷比溴乙烷更容易發(fā)生消去反應(yīng)。

2.3 ?鹵代烷的個(gè)體差異

盡管鹵代烷在強(qiáng)堿的醇溶液中容易發(fā)生消去反應(yīng)，但是個(gè)體因素差異很大。沸點(diǎn)較低的鹵代烷不容易在熱的堿性醇溶液中完成消去反應(yīng)。如：

CH3CH2Cl ?12.3℃

CH3CH2Br ?38.4℃

CH3CH2CH2Cl ?46.6℃

CH3CH2CH2Br ?71.0℃

所以，鹵代烷發(fā)生消去反應(yīng)在試劑的選擇上，選用沸點(diǎn)較高的CH3CH2CH2Br比CH3CH2Br要好。在熱的強(qiáng)堿性乙醇溶液中，一方面C2H5Br加熱時(shí)很難溶入，即使溶入了也會(huì)在未發(fā)生消去反應(yīng)之前早已揮發(fā)逃逸殆盡了;另一方面，一般說來反應(yīng)溫度是由溶劑的沸點(diǎn)決定的，在回流條件下，溫度是上不去的，只能停留在沸點(diǎn)38.4℃，使消去反應(yīng)難以進(jìn)行。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相似的鹵代烴，高溫有利于消去，低溫有利于取代。1-溴丙烷沸點(diǎn)較高（71.0℃），反應(yīng)溫度也相應(yīng)提高，因此更容易發(fā)生消去反應(yīng)。

3 ?酸性KMnO4溶液和Br2的CCl4溶液作為檢驗(yàn)乙烯的試劑，值得審視

筆者設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)，其現(xiàn)象頗耐人尋味，值得一做。

（1） 在酸性或堿性KMnO4溶液中，分別滴入幾滴酒精、溴乙烷，在不斷振蕩的條件下，可以觀察到有緩慢褪色的現(xiàn)象;如果稍微加熱，褪色現(xiàn)象會(huì)來得更快，更明顯。只不過前者褪成無色，后者由紫色變成淺綠色（K2MnO4）[4]。

（2） 把1滴管酒精（約1mL）注入10mL水中，配成體積比約為1∶10的酒精溶液，振蕩混勻，將這種稀的酒精溶液緩緩溫?zé)幔ㄒ妶D2），當(dāng)瓶內(nèi)蒸氣導(dǎo)入酸性KMnO4或堿性KMnO4溶液，也會(huì)看到有跟實(shí)驗(yàn)（1）所呈現(xiàn)的褪色和變色（紫→綠）現(xiàn)象。

（3） 把用酒精浸淌過的燒瓶，按如圖3所示裝置，通過漏斗緩慢把水注入燒瓶，燒瓶中被排出的空氣（含有酒精蒸氣），也會(huì)使KMnO4的酸性溶液和KMnO4堿性溶液呈現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)（1）相同的褪色和變色現(xiàn)象。

堿性高錳酸鉀溶液2

（4） 具支試管里注入5mL水，再加入1滴管（約1mL）溴乙烷并放進(jìn)50～60℃水浴燒杯中，一會(huì)可見導(dǎo)氣管導(dǎo)出的溴乙烷聚集在試管底（油珠狀），同時(shí)也會(huì)使酸性KMnO4溶液褪色（見圖4）。

KMnO4溶液褪色

（5） 兩個(gè)試管里，分別注入相同體積的淺黃色的Br2的CCl4溶液，用一個(gè)直角導(dǎo)管伸入其中一個(gè)試管的液面下，緩慢吹幾口空氣，觀察Br2的CCl4溶液的顏色有什么變化（與另一個(gè)試管比較）?？梢娍諝鈿饬饕矔?huì)帶走Br2的CCl4溶液中的Br2，呈現(xiàn)褪色的現(xiàn)象（見圖5）。

4 ?值得思考和審視的幾個(gè)問題

（1） 過去高中化學(xué)教材，只講鹵代烴的取代反應(yīng)，沒講消去反應(yīng)。自從高中化學(xué)使用（甲種本）以后的近40年間，增加了消去反應(yīng)的內(nèi)容。不過自2000年后的最近10多年中，鹵代烷的消去反應(yīng)，將1-溴丙烷改成了溴乙烷。教師的教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)自然也改成了溴乙烷。問題是，教材何以要把容易發(fā)生消去反應(yīng)的1-溴丙烷改換成不容易發(fā)生消去反應(yīng)的溴乙烷呢？何以要把沸點(diǎn)較高的1-溴丙烷（沸點(diǎn)71.0℃），改換成沸點(diǎn)很低的溴乙烷（38.4℃）呢？

（2） 我們從許多科學(xué)家，大師、專家學(xué)者身上學(xué)習(xí)他們的科學(xué)思想和科學(xué)方法，即實(shí)事求是、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和態(tài)度，平時(shí)體現(xiàn)在我們教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中的東西還真不少，例如： 乙醇與濃H2SO4共熱生成的氣體中，使酸性KMnO4溶液褪色的不僅有C2H4，還有乙醇蒸氣和SO2氣體。把上述5個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)放在一起聯(lián)想，本次溴乙烷的消去反應(yīng)以及乙烯的檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)，用酸性高錳酸鉀和溴水作為檢驗(yàn)乙烯的試劑是否也值得審視呢？

其實(shí)，檢驗(yàn)乙烯是不必用酸性高錳酸鉀溶液的，因?yàn)檠趸蕴珡?qiáng)，會(huì)有一定干擾。參照某些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)教材，檢驗(yàn)乙烯的試劑是1%的高錳酸鉀水溶液（即中性高錳酸鉀稀溶液）或2%溴的CCl4溶液（即過去一般所說的溴水）。

（3） 教科書——教材是教師教學(xué)時(shí)必須遵循的“規(guī)矩”和“章法”，它們在法律上的合法性和在學(xué)術(shù)上的權(quán)威性，幾乎是毋庸置疑的。正是鑒于此，我們不少教師把教材神化了，真理化了。認(rèn)為書上所講所做的實(shí)驗(yàn)都是絕對(duì)真實(shí)的，甚至把它固化奉為真理。有時(shí)真的是教材錯(cuò)了，也還以為是自己錯(cuò)了。以溴乙烷的消去反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例，過去教材以1-溴丙烷為例講消去反應(yīng)，就很少有人去想那溴乙烷是否也會(huì)發(fā)生消去反應(yīng);當(dāng)教材把1-溴丙烷改為溴乙烷時(shí)，就去猜想1-溴丙烷發(fā)生消去反應(yīng)會(huì)有什么不恰當(dāng)?shù)膯栴}（不然教材為什么要改呢）。當(dāng)發(fā)現(xiàn)溴乙烷難以實(shí)現(xiàn)消去反應(yīng)時(shí)，也不回頭去想想這是不是教材在選材上有什么問題，即便全國數(shù)以萬計(jì)的化學(xué)教師在照本宣科、不求甚解;即便有少數(shù)實(shí)驗(yàn)探究者在探究，甚至在不同的場合參與競賽、演示、發(fā)表文章，最終幾乎都以失敗而告終。從某種角度講這是教材編著者在選材上的一時(shí)疏漏所導(dǎo)致的結(jié)果，這難道不是我們教師以及教材編著者值得反思的嗎？

（4） 無論是1-溴丙烷還是溴乙烷的消去反應(yīng)，真正參與實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)后再思考、思考后發(fā)出質(zhì)疑的人太少，究其原因，恐怕是實(shí)踐者的科學(xué)精神有所欠缺。作為教師，既是知識(shí)的傳播者，也應(yīng)該是知識(shí)的生產(chǎn)者，更是當(dāng)然的研究者。做研究工作有兩點(diǎn)值得注意： 一是前人或今人都沒有注意到的，但又確實(shí)值得研究的問題;二是前人或今人沒有弄明白甚至沒有去研究的問題。前者為發(fā)現(xiàn)問題，后者為解決問題。當(dāng)然，對(duì)溴乙烷在熱的強(qiáng)堿性乙醇溶液中，不是一點(diǎn)都沒有發(fā)生消去反應(yīng)，而是不宜把它取材作為演示實(shí)驗(yàn)，不然就會(huì)把鹵代烴發(fā)生消去反應(yīng)大大地泛化。當(dāng)我們認(rèn)清了溴乙烷如此的個(gè)性特征： 沸點(diǎn)僅有38.4℃時(shí)，于是一切都明白了。從這個(gè)角度講，我們的實(shí)驗(yàn)探索精神，還是欠缺的。

（5） 至此，我們明白了學(xué)科教材內(nèi)容的最大特點(diǎn)，不在乎它的高、尖、新，更多地在于它的繼承性和教材內(nèi)容選擇上的合理性。對(duì)于鹵代烷消去反應(yīng)典型代表物教學(xué)實(shí)驗(yàn)的選擇，我們教材的編著者們，似乎缺少點(diǎn)實(shí)際的參與和了解，竟放棄了曾經(jīng)使用多年的1-溴丙烷，代之以不切實(shí)際的溴乙烷（沸點(diǎn)僅38.4℃），進(jìn)而還在“科學(xué)探究”中進(jìn)行不切實(shí)際的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)乙烯、提出思考與交流。試想這能不出問題嗎？最近10多年來，成千上萬的實(shí)際參與者（教師），在溴乙烷與NaOH（KOH）的乙醇溶液共熱發(fā)生消去反應(yīng)的“實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新”上屢試不爽，幾乎次次都以失敗告終，到頭來多數(shù)實(shí)驗(yàn)者還認(rèn)為這是自己的錯(cuò)。這種負(fù)面影響我們有理由歸究于教材內(nèi)容選擇上的疏漏所致，這應(yīng)當(dāng)是值得吸取的歷史教訓(xùn)。

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