实验7 农药中间体2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚的清洁合成
2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚是农药
草酮合成的重要中间体。该农药中间体属于芳香醚类化合物，一般利用威廉姆森成醚反应制备，即通过对应的取代酚钠与卤代烃在碱性条件下反应得到。具体根据反应所在体系的不同分为三种方法，即分别在有机溶剂甲苯、水溶剂和离子液体介质中进行。本实验选择两种方法，即分别在水溶液和离子液体中进行威廉姆森成醚反应制备2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚，属于设计性实验，计划10学时完成。
实验目的
① 了解清洁合成的意义和离子液体的特性。
② 掌握2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚的制备方法。
③ 掌握清洁溶剂水、离子液分别替代有机溶剂的绿色合成方法。
实验原理
2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚是重要的有机医药中间体，可应用于农药草酮的合成。传统的合成方法是以2，4-二氯-5-硝基苯酚为原料在有机溶剂甲苯中与溴代异丙烷反应制备得到。该工艺大量使用有机溶剂，溶剂回收成本大，工艺复杂，且溶剂挥发污染环境，不符合绿色化学要求。
改进的绿色合成工艺之一是以水替代有机溶剂甲苯，在碱性条件下利用相转移催化技术，水相中合成2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚。反应体系为两相，其中有机相由醚与卤代烃组成，无机相为酚钠水溶液，无机相中2，4-二氯-5-硝基苯氧负离子由相转移催化剂带入有机相。调节反应体系pH值在8左右可以使酚钠保持一定的浓度，同时阻止卤代烃的水解。该工艺以水替代有机溶剂，减少了对环境的污染。
另一绿色工艺是以绿色溶剂离子液体替代有机溶剂甲苯或水为反应介质，溴代异丙烷和取代酚钠为原料合成相应的取代芳香醚。该方法操作简便，反应产物易分离，反应过程中未使用有机溶剂，减少了对环境的污染；离子液在反应过程中易分离，可重复利用，解决了离子液价格高、难以工业化的问题。
本实验以溴代异丙烷、2，4-二氯-5-硝基苯酚为原料，分别选择水和溴化1-甲基-3-丁基咪唑（[Bmim]Br）离子液体作绿色溶剂，两种方法合成2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚，合成路线见图2-6。
图2-6 2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚的合成路线
仪器和药品
仪器：磁力搅拌器、恒温油浴锅、电子天平、玻璃仪器、温度计、三口烧瓶、抽滤装置、循环水泵、真空烘箱、旋转蒸发仪、熔点仪、高效液相色谱仪、核磁共振仪、硅胶板。
药品：氢氧化钠、2，4-二氯-5-硝基苯酚、三乙基苄基氯化铵、离子液体溴化1-甲基-3-丁基咪唑、溴代异丙烷、二氯甲烷、无水硫酸镁、石油醚、乙酸乙酯。
实验步骤
方法1
将电子天平准确称取的3g氢氧化钠（0.075mol）置于三口烧瓶中，打开磁力搅拌器，加30g水搅拌溶解后，依次加入2，4-二氯-5-硝基苯酚10.4g（0.05mol）、三乙基苄基氯化铵0.60g。当恒温油浴锅加热到90℃以上时，在1h内缓慢滴加7.38g（0.06mol）溴代异丙烷，滴加时控制温度始终保持90℃以上，滴加完毕后继续保持反应温度在90～100℃连续搅拌反应5h。反应结束，静置分层，用少量水洗涤，分出下层有机层，空气中静置片刻，得到固体状粗产品。粗产品经硅胶板色谱（V石油醚∶V乙酸乙酯=5∶1）分离后得到纯净的产品2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚，熔点仪测得熔点39～40℃。
方法2
准确称取氢氧化钠3.0g（0.075mol），用蒸馏水配制成5%溶液，冷却后备用。将15.6g（0.075mol）2，4-二氯-5-硝基苯酚加入到100mL三口烧瓶中，搅拌下缓慢加入5%氢氧化钠溶液，加完后于40～60℃水浴下继续搅拌至溶液无颗粒，混合液经冰浴冷却结晶、抽滤装置抽滤、真空烘箱干燥后得红色片状固体2，4-二氯-5-硝基苯酚钠，待用。
将9.2g（0.04mol）2，4-二氯-5-硝基苯酚钠和10g[Bmim]Br依次加入到100mL三口烧瓶中，加热到90℃以上后，在1h内缓慢滴加5.904g（0.048mol）溴代异丙烷，继续于90℃以上反应5h。反应结束后冷却，将混合液移去上层离子液体后用二氯甲烷萃取2次（每次20mL），萃取液用25mL水洗、有机相用无水硫酸镁干燥、旋转蒸发仪蒸馏除去溶剂后得粗产品。
所得产物结构通过测定熔点和核磁共振氢谱确认，所得粗产品运用外标标准曲线法通过高效液相色谱仪进行定量分析，计算反应收率。
设计要求
① 通过查阅资料和反应原理设计2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚的绿色合成方法和影响因素；
② 从工艺优化的角度选择优化方法。
思考题
① 2，4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚的合成方法有哪几种？
② 试用绿色化学的原理对各种合成方法进行分析。
③ 以水、离子液为反应介质有什么优缺点？
④ 反应过程中需要滴加溴代异丙烷，可不可以直接一次性加入？如果一次性加入会出现什么情况？
⑤ 反应过程中溴代异丙烷需过量，为什么？
⑥ 反应过程中，如果出现温度下降的情况，可能是什么原因造成的？