，－二氯苯氧乙酸丁酯的制备

Preparation of 2，4－Dichlorophenoxy Acetate

2，4－二氯苯氧乙酸是1942年美国作为第一个正式在田间应用的选择性除草剂。以后则主要由它的酯即2，4－二氯苯氧乙酸丁酯(通用名2，4－D丁酯)所取代，2，4－D丁酯是苯氧羧酸类除草剂的典型代表，也是使用历史最长的除草剂。近十几年出现了许多用量以克/亩计的高效除草剂，但由于2，4－D丁酯廉价、安全和除草性能稳定，因而在国内仍然是使用量较大的除草剂之一。2，4－D丁酯目前用作某些除草剂、保鲜剂的配方成分，也可用作植物生长调节剂。

【目的要求】

1.进一步了解酚钠和氯代酸的缩合反应原理。

2.熟悉以反应试剂为共沸带水剂进行酯化反应的原理及操作。

3.了解苯氧羧酸类除草剂。

4.熟练多步操作反应以及了解中间产物质量控制的意义。

【基本原理】

2，4－二氯苯氧乙酸(通用名2，4－D)的合成，有工业价值的方法是通过苯酚液相氯代生成2，4－二氯苯酚，再用氯乙酸在碱性条件下缩合、酸化而得到。2，4－二氯苯氧乙酸丁酯是由二氯苯氧乙酸和正丁醇在酸催化下酯化得到［1］的。本实验以二氯苯酚为起始原料，合成2，4－二氯苯氧乙酸和它的正丁酯。

在上述缩合反应中，实际上是苯氧负离子对氯乙酸钠分子中α－碳(显正电性)的亲核反应。

2，4－二氯苯酚与氯乙酸在碱性水溶液中缩合，主要副反应为氯乙酸的水解:

ClCH2COONa+NaOH→ HOCH2 COONa+NaCl

在上述反应中，影响苯氧负离子活性的主要因素有如下两个:

(1)pH值只有在适当的碱性条件下，苯氧负离子才有足够的浓度(对酚而言)，但是二氯苯酚又是比氯乙酸弱得多的弱酸，换言之，使酚基苯以苯氧负离子形式存在。首先要使氯乙酸全部转变为钠盐，这样的碱性条件又适合氯乙酸钠的水解。

(2)温度苯氧负离子只有在一定温度下才具有足够的亲核活性与氯乙酸钠发生反应。另一方面，较高的温度，又极有利于本过程中的主要副反应的发生，因为氯乙酸钠的水解，在pH≥9、室温下就会明显发生(水解消耗碱，使pH值降低)。

较高的温度和碱性，既有利于主反应，又有利于副反应。因而控制适当的pH值和温度则是本反应的关键。由于二氯苯酚钠和氯乙酸钠均溶于水，因而水是较理想的反应介质。

2，4－二氯苯氧乙酸丁酯的合成［2］是一个较为典型的酯化反应。由于正丁醇和水可形成共沸物，所以利用过量正丁醇作为带水剂，将反应生成的水不断带出，在分水器中正丁醇和水分离后返回反应器，使酯化反应向着产物方向移动。实验证明，催化量的硫酸即可使反应正常进行。在工业化装置和实验室里，还可以使用其他催化剂，如颗粒的强酸性磺化聚苯乙烯阳离子交换树脂，它有足够的酯化催化功能，又不会在产物中残留下游离强酸，而且便于分离。

【仪器与试剂】

仪器:回流装置，电动搅拌机、滴液、回流、测温装置，熔点仪。

试剂:二氯苯酚，氯乙酸，正丁醇，氢氧化钠，28%NaOH，20%HCl，20%Na2 CO3。

【操作步骤】

1．2，4－二氯苯氧乙酸的合成

氯乙酸钠的配制:在烧杯中加入氯乙酸2.12 g(0.02mol)，搅拌下，缓慢加入20%Na2 CO3水溶液5 g(9mmol)，有大量CO2放出，温度维持在室温，pH值5～6［1］，最好现用现配，不宜久置。

四口瓶配有机械搅拌器、温度计、滴液漏斗、回流冷凝器。瓶内先投入二氯苯酚3.32 g(0.02mol)，稍加热至40～45℃，搅拌下加入28%的NaOH水溶液3.4 g(0.024mol)，然后将配制好的氯乙酸钠一次加入，检查pH值应在10～11，并快速升温至微回流。开始的反应液为均相褐色的溶液，不久会有白色絮状沉淀出现，并逐步增加。此时适当调节加热，保持微回流(约105℃)，并且隔2～3min检查一次pH值(因氯乙酸钠的水解会使pH值降低)，并每次补充少量碱，以维持pH值在10～11［2］。约1 h后pH值下降趋势变得缓慢，表明反应体系内氯乙酸钠的量已经很少了。然后于105～110℃反应2～3 h。

将反应液冷至约65℃(如太粘稠，不好搅拌，可加入适量水)，缓慢加入20%盐酸约3～4mL，至pH值1～2，待完全酸化后［3］冷至室温，过滤生成的沉淀。尽可能将水抽干，并以冷水在漏斗中洗涤2～3次，以洗去夹带的盐和游离的二氯苯酚。最后抽滤时，尽可能把水抽净，湿的产物含水12%～18%，按干物计重含量约91%～94%，粗产物产率约80%。往湿产物中加入3倍重的苯，进行重结晶，真空干燥或晾干，产量3.4～3.6 g，精制品产率约70%。熔点136～140℃，含量约97%～99%。

本步约需5 h。

2．2，4－二氯苯氧乙酸丁酯的合成

50mL三口瓶配有温度计和分水器。加入上步合成的二氯苯氧乙酸2.2 g (0.1mol)，加入正丁醇1.5～2.0 g(0.02～0.03 mol)(分水器预先加满正丁醇)，滴入浓H2 SO4 5滴，摇匀［4］，装上分水器及冷凝器，加热，固体2，4－D丁酯逐步溶解。约在98～101℃沸腾，正丁醇和水的共沸物蒸出并在分水器中分层，正丁醇返回瓶内，水不断从分水器中分出。反应后期，分水不明显，液温自然逐渐升高，当液温基本恒定后为128～135℃(因瓶内正丁醇量不同而异)，再反应1 h，酯化反应结束。

然后先常压蒸馏，回收大部分过量正丁醇，注意液温不可超过150℃［5］，最后减压蒸出残留的正丁醇，同样应使液温不超过150℃，残留液为带褐色的透明液体(可能有少量悬浮物，沉降后即可澄清)，产量2.6～2.7 g，产率90%～95%，含量94%～95%。这样的纯度即可满足农业上作除草剂使用。如果要得到较纯的丁酯，可以在高真空度下蒸馏，得到无色透明液体。

本步约需5 h。

【注释】

［1］因为氯乙酸钠在水溶液中易发生水解，为抑制这种水解，Na2 CO3的加入量仅为理论量的80%，以控制溶液在弱酸状态，碱不足可在下步补足。即便在弱酸性下，最好也不要久置。

［2］多次少量补碱是为了使体系的pH值不至于波动太大，有利于反应正常进行(详见基本原理部分)。

［3］酸加得过快或搅拌时间过短，都有可能造成完全酸化的假象，即水溶液层的pH值已到1，但实际上未完全酸化，仍有被包结在颗粒内的2，4－D钠盐存在。为避免这一现象，可以充分搅拌、浸渍后，再补加酸，或在以苯重结晶时补加少量酸。

［4］一般来讲，硫酸的加入量为2，4－D量的0.5%～1%即可。在2，4－D丁酯钠中和一步，往往由于中和不完全，需要的硫酸量要稍多一些，但不可过多，以免使产品丁酯的游离酸值超标，同时也会在蒸出过量正丁醇时，液温升高会使丁酯发生碳化。

［5］控制液温不要太高，是为了避免硫酸使产物部分碳化而影响产品外观颜色。因为硫酸量不太大，残留于丁酯中不会影响其应用，一般工业生产中省去洗涤硫酸一步。

实验指导

【预习要求】

1．学习醚的合成和酯化反应的基本原理和操作。

2．巩固滴液、分水、搅拌和重结晶等操作。

【思考题】

1.写出Williamson反应的机理。

2.在2，4－二氯苯氧乙酸丁酯的合成中，正丁醇在反应中起何作用?说明其带水的原理?

(编写:唐瑞仁　校核:罗一鸣)