Ein Kugel-Stab-Modell von Ethylenoxid, dem einfachsten Epoxid.

Ein Epoxid ist ein cyclischer Ether mit nur drei Ringatomen. Das einfachste Epoxid ist Ethylenoxid, auch Oxiran genannt, das als „Stammverbindung“ gilt. Daher werden die Mitglieder der Klasse der Epoxide auch als Oxirane bezeichnet. Epoxide sind reaktiver als gewöhnliche Ether.

Ein Polymer, das nicht umgesetzte Epoxideinheiten enthält, wird als Polyepoxid oder Epoxid bezeichnet. Epoxidharze werden als Klebstoffe und Baumaterialien verwendet. Durch Polymerisation eines Epoxids entsteht ein Polyether. Zum Beispiel entsteht durch Polymerisation von Ethylenoxid Polyethylenglykol, auch bekannt als Polyethylenoxid, das kommerziell die wichtigste Form von Polyether ist.

Nomenklatur

Einfache Epoxide werden nach der Stammverbindung Oxiran (Ethylenoxid) benannt, wie z. B. Chlormethyloxiran. Wenn das Epoxid als funktionelle Gruppe in einer größeren Verbindung betrachtet wird, wird es mit der Vorsilbe Epoxy bezeichnet. Ein Beispiel ist die Verbindung 1,2-Epoxycycloheptan, die auch als Cycloheptenepoxid bezeichnet werden kann.

Ein Polymer, das nicht umgesetzte Epoxideinheiten enthält, wird als Polyepoxid oder Epoxid bezeichnet.

Synthese

Epoxide werden in der Regel durch eine der unten aufgeführten Reaktionen hergestellt.

Olefinperoxidation

Bei der Olefinperoxidation, auch Prilezhaev-Reaktion genannt, wird ein Alken mit einem Peroxid oxidiert, in der Regel mit einer Peroxysäure wie meta-Chlorperoxybenzoesäure (m-CPBA) oder mit einem Dioxiran wie Dimethyldioxiran (DMDO). Ein Beispiel ist die Epoxidierung von Styrol mit Perbenzoesäure zu Styroloxid:

Die Reaktion verläuft nach dem so genannten Schmetterlingsmechanismus. Am einfachsten ist es, den Sauerstoff als Elektrophil und das Alken als Nukleophil zu betrachten, obwohl beide in dieser Eigenschaft agieren, und die Reaktion wird als konzertiert angesehen. (Die Zahlen im folgenden Mechanismus dienen der Vereinfachung.)

Verwandte Prozesse umfassen einige katalytische enantioselektive Reaktionen, wie die:

• Sharpless Epoxidation
• Jacobsen-Epoxidation
• Shi-Epoxidation

Intramolekulare SN2-Substitution

Dieses Verfahren ist eine Variante der Williamson-Ethersynthese. In diesem Fall befinden sich das Alkoxid-Ion und das Halogenid direkt nebeneinander im selben Molekül (solche Verbindungen werden allgemein als Halogenhydrine bezeichnet), so dass es sich um eine einfache Ringschlussreaktion handelt. Zum Beispiel mit 2-Chlorpropanol:

Johnson-Corey-Chaykovsky-Reaktion

In der Johnson-Corey-Chaykovsky-Reaktion werden Epoxide aus Carbonylgruppen und Sulfoniumyliden erzeugt.

Reaktionen

Der dreigliedrige Ring des Epoxids ist annähernd ein gleichseitiges Dreieck, d.h. seine Bindungswinkel betragen etwa 60°, wodurch er stark verspannt ist. Der gespannte Ring macht Epoxide reaktiver als andere Ether, insbesondere gegenüber Nukleophilen. Typische Epoxidreaktionen sind im Folgenden aufgeführt.

• Die nukleophile Addition an ein Epoxid kann durch eine Base oder eine Säure katalysiert werden.

• Unter sauren Bedingungen greift das Nukleophil den Kohlenstoff an, der das stabilste Carbokation bildet, d. h. den am stärksten substituierten Kohlenstoff (ähnlich wie ein Haloniumion). Unter basischen Bedingungen greift das Nukleophil das am wenigsten substituierte Kohlenstoffatom an, entsprechend dem Standardprozess der nukleophilen SN2-Additionsreaktion.

• Bei der Hydrolyse eines Epoxids in Gegenwart eines Säurekatalysators entsteht ein Glykol. Der Hydrolyseprozess von Epoxiden kann als nukleophile Addition von Wasser an das Epoxid unter sauren Bedingungen betrachtet werden.

• Die Reduktion eines Epoxids mit Lithiumaluminiumhydrid und Wasser erzeugt einen Alkohol. Dieser Reduktionsprozess kann als nukleophile Addition von Hydrid (H-) an das Epoxid unter basischen Bedingungen betrachtet werden.

• Reduktion mit Wolframhexachlorid und n-Butyllithium erzeugt das Alken. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine Des-Epoxidation:

Siehe auch

• Alkohol
• Epoxy
• Ether
• Ethylenglykol
• Ethylenoxid
• Polyethylenglykol

Anmerkungen

• March, Jerry. 1985. Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms and Structure, 3. Auflage. John Wiley & Sons. ISBN 0471854727.
• McMurry, John. 2004. Organische Chemie, 6. Auflage. Belmont, CA: Brooks/Cole. ISBN 0534420052.
• Morrison, Robert T., und Robert N. Boyd. 1992. Organische Chemie, 6. Auflage. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. ISBN 0136436692.
• Solomons, T.W. Graham, und Craig B. Fryhle. 2004. Organische Chemie, 8. Auflage. Hoboken, NJ: John Wiley. ISBN 0471417998.
• Streitwieser, Andrew, und Clayton H. Heathcock. 1976. Introduction to Organic Chemistry. New York: Macmillan. ISBN 0024180106.

Alle Links abgerufen am 19. August 2017.

• Oxidation von Alkoholen.
• Alkohole als Säuren, Ether und Thiole.
• Sicherheitsdatenblatt: Ethylene Oxide Andersen Sterilizers, Haw River, NC.
• Ethylene Oxide National Institute for Occupational Safety and Health.