碘仿是不溶于水的浅黄色
晶体,并且具有特殊的气味,很容易识别。将甲基酮类化合物(或乙醛、乙醇) 与碘的
氢氧化钠溶液作用,很快便有明显的浅黄色沉淀析出,即碘仿析出,所以称这个反应为碘仿反应。
简介
用次碘酸盐 (例如I2+NaOH)和乙醛、甲基酮反应,得到一种有特殊嗅味、微溶于水的黄色结晶化合物(碘仿),称作碘仿反应。
反应机理
对具有CH3CO-结构醛、酮进行了碘仿反应实验, 实验结果如下:
从表1 的实验结果可以看出, 具有CH3CO-结构的物质不一定能发生碘仿反应。醛类只有乙醛能发生碘仿反应,酮类中丙酮、低级脂肪酮、苯乙酮都能明显地观察到碘仿生成;随着碳原子数的增加,碘仿反应逐渐减弱,高级脂肪甲基酮及2,6-二
甲基苯乙酮看不到碘仿生成。这可以从碘仿反应的反应历程及反应机理得到满意的解释。碘仿反应的反应历程及反应机理:
生成的一卤代酮的α-质子酸性更强,更易被碱夺走,所以会继续反应生成二卤代化合物,且其反应速度比酮生成一卤代化合物的速度还要快,直至生成三卤代物。
三碘甲基酮在碱作用下发生α-断裂,生成碘仿。该过程首先是OH-对羰基进行加成,羰基碳原子由sp2杂化转化为sp3杂化,然后发生α-断裂,生成碘仿。
从碘仿反应的反应历程和反应机理可以看出,随着酮的碳原子数的增加,水溶性降低, 生成烯醇负离子的反应活性降低,所以发生碘仿反应的程度逐渐下降;再者,在三碘甲基酮在碱作用下发生α-断裂过程中,羰基碳原子要由sp2杂化转化为sp3杂化,空间位阻影响碳原子构型转变,空间位阻增大,导致-OH对
羰基加成难以进行,所以苯乙酮能明显地观察到碘仿生成,而2,6-二甲基苯乙酮看不到碘仿生成。
试样的纯度要求
用工业纯的乙醛和化学纯的乙醛各1mL,分别滴加同量的I2-NaOH试剂,振荡数分钟后,发现化学纯乙醛先有黄色沉淀析出。同理,用甲基酮等试样做同样的试验,结果相同。上述事实说明,样品的纯度乃是本实验的关键。因此,实验过程中遇到“异常”现象时,首先检查样品是否用错或样品的纯度。
碘溶液的用量
用同体积的某种化学纯试样(如乙醛),滴加不同数量的碘溶液,并加入同量的5%NaOH溶液,使其充分反应,结果发现碘溶液用量太少时,不出现黄色沉淀;而碘溶液用量太多时,整个溶液呈紫色,难于观察黄色沉淀析出。这是因为碘溶液本身呈明显的紫色,如果碘溶液超过乙醛反应所需的量,则过剩的碘溶液就呈紫色,造成乙醛与I2-NaOH溶液反应不出现黄色沉淀的“异常”现象。因此,本实验中碘溶液的用量不宜太少,但也不宜太多,一般应与试样同量即可,否则,将导致实验失败。
溶液的碱度
为了做好本实验,在保证了试样的纯度和碘溶液的用量之后,还有一步是很重要的,即溶液的碱度大小,用量多少。用3mL的化学纯试样(如乙醛),加入3mL碘溶液,再将此溶液分装到3个试管中,分别滴加不同量的5%NaOH溶液。其中一个试管中的碱度适中,即滴加碱溶液时,控制在
碘的紫色刚好消失为止,其余的一个较其过量,另一个较其少量。结果发现,碱度适量的试管中有很明显的黄色沉淀,而其余二者均无此现象。这是因为碱度过量时,生成的碘仿又被过量的碱所分解,而碱度太小时,碘的紫色退不去,难于观察沉淀析出。所以,实验中碱量切勿加多,也不能加少,而应控制在碘的紫色刚好退去,否则,难于得到正确的结果。
反应条件的控制
在两支试管中分别装入1mL乙醛和1mL乙醇,再加入1mL碘溶液及适量的5%NaOH溶液,结果发现,装有乙醛的试管中很快出现了黄色沉淀,而乙醇的试管中无黄色沉淀,尽管不断振荡,现象仍不明显,但是,改变反应条件,即将其放入50-60℃的水浴中加热几分钟,取出冷却后,便有明显的黄色沉淀析出。这是因为
乙醇与
乙醛的结构不同,故发生反应时的速度和条件也就不同了。乙醇之所以能发生碘仿反应是因为乙醇能被I2-NaOH溶液(也是一种氧化剂)所氧化,首先生成乙醛,然后进行碘仿反应,即:反应中加热的目的是促使醇的反应加快完成,得到乙醛或甲基酮,进而发生碘仿反应。但应注意:加热的水浴温度不可过高,否则,氧化产物不是醛酮类,而是羧酸类,也将使实验出现“异常”现象。若想成功地做好碘仿反应的实验,必须在以上几个方面加以注意,以便正确地鉴定或区分乙醛或甲基酮以及含有某些醇类化合物。
碘仿反应的应用
碘仿反应可用于鉴别甲醇和乙醇:使甲醇和乙醇分别与碘和
氢氧化钠反应,有黄色晶体生成者为乙醇,无此现象者为甲醇。
另外,碘仿是具有特殊臭味的黄色固体,水溶性极小,在反应中易析出,且反应速度很快,因此常用碘仿反应来鉴别乙醛和甲基酮。由于次卤酸钠或卤素的碱溶液具有氧化性,乙醇和O·碳原子上连有甲基的仲醇,可被次卤酸盐氧化成相应的
羰基化合物。故卤仿反应也可用于该种类型醇的定性鉴别。