苯与溴的取代反应

二、苯与溴的取代反应苯与溴的取代反应之一原理用铁作催化剂（实际起催化作用的是FeBr3），苯能跟溴发生反应，苯分子里的氢原子能被溴原子取代生成溴苯。用品铁架台、烧瓶、导管、锥形瓶、苯、液溴操作(1)装置如图。先检查装置的气密性。在圆底小烧瓶里加入5mL苯和2mL液溴，轻轻振荡，使苯与溴混合均匀。此时因无催化剂，苯与溴不发生反应。(2)在混合液冷却后，将准备好的还原铁屑（约0.5g）或几枚去锈的小铁钉，迅速放入小烧瓶中，立即用带有长玻璃导管的单孔橡皮塞塞好。一般情况下反应即可开始，液面上会有小气泡产生，随后反应逐渐剧烈，半分钟后液体呈沸腾状态。在锥形瓶内导管口附近出现大量白雾（反应中生成的溴化氢溶于水而成的酸雾）。(3)等反应结束后，先检验锥形瓶里的氢溴酸。把锥形瓶里的液体在两支试管各倒少许，在其中一支试管中加入石蕊试液（会变红）；另一支试管中滴入几滴AgNO3溶液（会有浅黄色的AgBr沉淀析出）。HBrH+Br-Ag+Br-AgBr(4)把烧瓶里的液体倒入盛有冷水的烧杯里，在烧杯底部有红褐色不溶于水的液体，这就是反应中生成的溴苯。纯净的溴苯是无色液体，制取时往往因溶解了少量的溴而呈红褐色。可用水或10%NaOH溶液进行洗涤，洗去FeBr3和没有反应的溴，能够得到无色透明的油状液体。备注(1)装置的气密性必须良好。(2)装置中跟烧瓶口垂直的一段导管，同时兼起冷凝作用，以防止溴和苯的蒸气挥发出来，所以它应有一定的长度，一般不小于25cm。(3)在盛放液溴的试剂瓶中，液溴上面是一层溴的饱和水溶液，取用时必须将吸管插入下层液溴部分，以吸取纯溴。所用的苯应用无水氯化钙干燥，所用的烧瓶和导管也应是干燥的。否则反应比较困难，甚至不反应。(4)一般不需加热，如开始要加热时，只用热水浴微微加热即可。(5)此反应不宜太剧烈，如反应过于剧烈时，可把烧瓶浸在盛冷水的烧杯中冷却。反应温度过高，会增加苯和溴的挥发和副反应的产物二溴苯的产量。(6)为了防止反应进行得过于猛烈，所用铁屑不宜太细，更不宜用铁粉代替铁屑。(7)液溴容易挥发，又有很强的腐蚀性，取用液溴时一定要注意安全，不要沾在手上。最好戴上橡皮手套，在通风橱内取。万一沾到皮肤上，应立即用水冲洗，再用酒精擦净，然后涂上甘油。苯与溴的取代反应之二用品烧瓶、铁架台、玻璃管、导管、U形管、锥形瓶原理同之一操作1装置如图所示，在玻璃管里加入冷水。2在U形管里放少量四氯化碳，在锥形瓶里加适量水。3在圆底烧瓶里加810mL苯、少量铁屑和12mL溴，反应即开始。4实验完毕，在烧瓶里有油状的溴苯生成。在锥形瓶里加少量硝酸银溶液，产生浅黄色沉淀。备注1这个反应是放热的，加上苯和溴很容易挥发，因此在上述装置里除了用长导管外，还在导管上增加放冷水的玻璃管，使冷凝回流的效果更好，减少苯和溴的消耗以及它们对环境的污染。2四氯化碳用来除去溴蒸气。溴与苯的取代反应之三原理苯分子中的氢原子，在催化剂的作用下，能被卤素原子取代，生成相应的卤代苯，反应如下：苯与卤素取代反应的机理与烷烃取代反应不同。首先，卤素分子在催化剂作用下发生极化，极化分子的正极原子可在与苯环上的一个氢原子发生取代反应；极化分子的负极原子与被取代下来的氢原子结合成卤化氢分子。这种取代反应称为亲电取代反应。用品苯、铝片、铁屑、液溴、硝酸银、氢氧化钠、石蕊试纸、托盘天平、滴管、铁架台、胶管、玻璃导管、水槽、蒸留烧瓶、胶塞、量筒。操作实验装置如图。（一）在干燥的蒸留烧瓶中，加入4mL纯净的苯和1g还原铁粉，立即盖上带玻璃导管的胶塞。玻璃导管要浸入液体中，导管要稍粗些，以便于加溴操作。（二）往水槽（或烧杯中）倒入蒸馏水及少量紫色石蕊试液。调整漏斗高度，使其下口刚好与水面相接近。为观察倒扣漏斗中的白雾生成及氢溴酸使指示剂发生的颜色变化。可分别使黑色和白色衬板增强直观性。（三）用滴管从蒸馏瓶单孔塞的粗玻璃管上口加入1mL液溴进入烧瓶底部的苯层下与铁粉反应，生成三溴化铁，在三溴化铁的催化下，溴即可和苯发生取代反应，生成溴苯。（四）反应停止后，可向烧杯中滴入几滴硝酸银溶液，观察溴化银沉淀的生成，进一步证明生成的气体是溴化氢。（五）将烧瓶里的液体倒入另一盛有稀碱溶液的烧杯里，用玻璃棒充分搅拌，观察到液体颜色逐渐消失，静置后，由于溴苯比水重，且不溶于水，沉于烧杯底部。纯溴苯是无色的，所制得的溴苯因溶有少量溴而呈淡黄色。备注1成败关键催化剂可用Al或Fe，实际上起催化活性作用的是AlBr3或FeBr3，故必须使用表面清洁无油污的金属铁，只要催化剂选的合适，本反应进行极为顺利。2本实验要求所用烧瓶、导管保持干燥。所用苯也应在实验前几天加无水氯化钙进行干燥，临用前过滤，少量水分的存在，将使反应开始缓慢，甚至不起反应；水的存在还会使生成的溴化氢不易排出，无法观察溴化氢的生成。3反应停止后，将液体倒入稀碱溶液中的目的是为了吸收剩余的溴，反应如下：2NaOH+Br2=NaBr+NaBrO+H2O以利对产物溴苯的观察。4溴具有强腐蚀性和刺激性，取用时必须注意安全，不要滴落在桌上或地上，尽量减少溴蒸气的扩散。此实验加入的液溴不要过量。5教材要求溴化氢导出管与烧瓶垂直且较长，还可起冷凝管作用，以利尚未参加反应的苯、溴蒸气回流。但经多次实验证明，由于实验用量少，改用短导管对实验效果无不良影响，且操作便利。6为提高实验成功率，本实验对教材中的装置和操作进行改进。增加了一根粗玻璃管（或细玻璃管一端烧制成喇叭口），直插烧瓶底部，使液溴直接加到苯层下部。这可以防止溴挥发的蒸气充满烧瓶，同反应生成气体一同逸出，溶在烧杯的水中，使溶液变成黄色，造成实验失败。为突出实验的直观效果，在吸收溴化氢的蒸馏水中增加石蕊试剂。实验后用稀碱溶液吸收剩余的溴，有利于学生对溴苯的观察。7演示苯和溴的取代反应时，必须突出对产物的分析与检难，并与甲烷和氯气的取代反应物对比，达到巩固取代反应概念的目的。通过分析两个取代反应的条件，启发学生认识苯和卤素的取代反应要比甲烷容易进行，从而使学生认识苯分子结构中的化学键与烷烃中的单键不同，借以强调苯环的特性。苯与溴的取代反应之四原理同之一用品铁架台、烧瓶、漏斗、导管、U形管、溴、苯、铁钉、硝酸银溶液、5%氢氧化钠溶液操作1装置如图所示2在烧瓶里先加入1mL溴，再逐滴加溴，在铁钉附近有“沸腾”现象（反应不快可微微加热）。产生的气体依次通过U型管，使无色的苯变橙色，在硝酸银溶液里生成淡黄色的溴化银沉淀。3反应23min。实验结束后，在分液漏斗里加入30mL5%的氢氧化钠溶液，振荡烧瓶（这时有倒吸现象）。然后在烧瓶里加冰水，静置后倒去上层液体，沉在烧瓶底部的液体就是粗溴苯。备注1本实验要防止污染环境。可以采取下列措施：(1)溴的用量不宜多。(2)滴加溴的速度要小。(3)用氢氧化钠溶液吸收剩余的气体。(4)在原烧瓶里处理反应产物。2催化剂铁钉或铁片，在实验前要经过酸洗、水洗、擦干后要立即投入苯中，切不要在空气里停留过久。3反应系统里不能有水，否则会影响反应速率。苯与溴的取代反应之五原理同之一用品具支试管、铁架台、烧瓶、漏斗、导管、锥形瓶、苯、液溴、铁屑、玻璃丝、氢氧化钠溶液、蒸馏水操作1把具支试管的下部拉细、截口，装置如图所示。在拉细端放少量玻璃丝，挡住铁屑不落下。在管里填装铁屑约34cm高。2苯和液溴的混合液，以3s一滴的速率滴入铁屑中。当铁屑被混合液润湿后，以4s一滴的速度滴入混合液。3片刻后，有无色油状溴苯滴入盛氢氧化钠溶液的烧杯里。在锥形瓶的导管口附近有白雾。4实验结束后，把硝酸银溶液滴入锥形瓶里，有浅黄色的溴化银沉淀生成。备注1在本实验中，随着反应的进行，反应物和生成物能分开，而且不污染环境。2苯和液溴以5：3混合为宜。3滴加混合液的速度是本实验的关键。滴液太快，流出液里会呈红棕色；如果太慢，实验需较长时间。此外，铁屑的用量宜稍多一点。4装置里的长导管起冷凝加流作用。5本实验约需6min。苯与溴的取代反应这六原理同之一用品具支试管(25200mm)、锥形瓶、导管、铁架台、分液漏斗、吸耳球、抽滤瓶、铁粉、石棉、1molL-1氢氧化钠溶液、苯、溴苯混合液、硝酸银溶液取25200mm具支试管改制成反应管，在下端小管内装好铁粉和石棉（铁粉、石棉柱高约2cm）。两只锥形瓶，左边的盛1mol/L氢氧化钠溶液，右边的盛蒸馏水。中间的具支试管里装入苯，以溶解混在溴化氢里的溴。装置如图所示。操作1向反应管逐滴加入溴和苯的混合液，几秒钟内即可发生剧烈反应。产生的溴化氢气体因混有溴蒸气而略带黄色。经苯洗涤后，溴化氢进入锥形瓶，在导管口形成白雾。2向左边的抽滤瓶里滴入硝酸银溶液，产生浅黄色的溴化银沉淀。312m