En kugle- og pindemodel af ethylenoxid, det enkleste epoxid.

Et epoxid er en cyklisk ether med kun tre ringatomer. Det enkleste epoxid er ethylenoxid, også kendt som oxiran, som betragtes som den “moderforbindelse”. Medlemmer af klassen af epoxider kaldes således også oxiraner. Epoxider er mere reaktive end almindelige ethere.

En polymer, der indeholder uomsatte epoxidenheder, kaldes et polyepoxid eller en epoxy. Epoxyharpikser anvendes som klæbemidler og strukturelle materialer. Polymerisation af en epoxid giver en polyether. For eksempel danner polymerisation af ethylenoxid polyethylenglycol, også kendt som polyethylenoxid, som kommercielt set er den vigtigste form for polyether.

Nomenklatur

Enkle epoxider er navngivet ud fra moderforbindelsen oxiran (ethylenoxid), som f.eks. i chloromethyloxiran. Når epoxid betragtes som en funktionel gruppe i en større forbindelse, benævnes den med epoxypræfikset. Et eksempel er forbindelsen 1,2-epoxycycloheptan, som også kan kaldes cycloheptenepoxid.

En polymer, der indeholder uomsatte epoxidenheder, kaldes et polyepoxid eller en epoxy.

Syntese

Epoxider fremstilles normalt ved en af de nedenfor angivne reaktioner.

Olefinperoxidation

Olefinperoxidation, også kendt som Prilezhaev-reaktionen, indebærer oxidation af en alken med en peroxid, normalt en peroxysyre som meta-chlorperoxybenzoesyre (m-CPBA) eller med en dioxiran som dimethyldioxiran (DMDO). Et eksempel er epoxidering af styren med perbenzoesyre til styrenoxid:

Reaktionen forløber via det, der almindeligvis er kendt som Butterfly-mekanismen. Det er nemmest at betragte ilten som elektrofil og alkenet som nukleofilt, selv om de begge opererer i denne egenskab, og reaktionen menes at være samordnet. (Tallene i nedenstående mekanisme er til forenkling.)

Relaterede processer omfatter nogle katalytiske enantioselektive reaktioner, som f.eks:

• Sharpless epoxidation
• Jacobsen epoxidation
• Shi epoxidation

Intramolekylær SN2-substitution

Denne metode er en variant af Williamson-ethersyntesen. I dette tilfælde er alkoxidionen og halogenidet lige ved siden af hinanden i det samme molekyle (sådanne forbindelser kaldes generisk for halohydriner), hvilket gør dette til en simpel ringlukningsreaktion. For eksempel med 2-chlorpropanol:

Johnson-Corey-Chaykovsky-reaktion

I Johnson-Corey-Chaykovsky-reaktionen dannes epoxider fra carbonylgrupper og sulfonium-ylider.

Reaktioner

Den treledede ring af epoxid er omtrent en ligesidet trekant, dvs. dens bindingsvinkler er ca. 60°, hvilket gør den meget spændt. Den spændte ring gør epoxiderne mere reaktive end andre ethere, især over for nukleofile stoffer. Typiske epoxidreaktioner er nævnt nedenfor.

• Nukleofil addition til et epoxid kan katalyseres af en base eller en syre.

• Under sure forhold angriber nukleofilen det kulstof, der vil danne den mest stabile carbocation, dvs. det mest substituerede kulstof (svarende til en haloniumion). Under basiske forhold angriber nukleofilen det mindst substituerede kulstof, i overensstemmelse med standard SN2 nukleofil additionsreaktionsproces.

• Hydrolyse af et epoxid i tilstedeværelse af en sur katalysator danner en glykol. Hydrolyseprocessen af epoxider kan betragtes som nukleofil addition af vand til epoxidet under sure forhold.

• Reduktion af et epoxid med lithiumaluminiumhydrid og vand genererer en alkohol. Denne reduktionsproces kan betragtes som nukleofil addition af hydrid (H-) til epoxidet under basiske forhold.

• Reduktion med wolframhexachlorid og n-butyllithium frembringer alken. Denne reaktion er i realiteten en de-epoxidation:

Se også

• Alkohol
• Epoxy
• Ether
• Ethylenglycol
• Ethylenoxid
• Polyethylenglycol

Noter

• March, Jerry. 1985. Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms and Structure, 3. udgave. John Wiley & Sons. ISBN 0471854727.
• McMurry, John. 2004. Organic Chemistry, 6. udgave. Belmont, CA: Brooks/Cole. ISBN 0534420052.
• Morrison, Robert T., og Robert N. Boyd. 1992. Organisk kemi, 6. udgave. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. ISBN 0136436692.
• Solomons, T.W. Graham, og Craig B. Fryhle. 2004. Organisk kemi, 8. udgave. Hoboken, NJ: John Wiley. ISBN 047141717998.
• Streitwieser, Andrew, og Clayton H. Heathcock. 1976. Introduktion til organisk kemi. New York: Macmillan. ISBN 0024180106.

Alle links hentet den 19. august 2017.

• Oxidation af alkoholer.
• Alkoholer som syrer, ethere og thioler.
• Sikkerhedsdatablad: Ethylenoxid Andersen Sterilizers, Haw River, NC.
• Ethylenoxid National Institute for Occupational Safety and Health.