Een bal-en-stok model van ethyleenoxide, de eenvoudigste epoxide.

Een epoxide is een cyclische ether met slechts drie ringatomen. De eenvoudigste epoxide is ethyleenoxide, ook bekend als oxiraan, dat wordt beschouwd als de “moederverbinding”. Daarom worden de leden van de klasse der epoxiden ook wel oxiranen genoemd. Epoxiden zijn reactiever dan gewone ethers.

Een polymeer dat niet-gereageerde epoxide-eenheden bevat, wordt een polyepoxide of een epoxy genoemd. Epoxyharsen worden gebruikt als kleefstoffen en constructiematerialen. Polymerisatie van een epoxide geeft een polyether. Bijvoorbeeld, polymerisatie van ethyleenoxyde genereert polyethyleenglycol, ook bekend als polyethyleenoxyde, dat commercieel de belangrijkste vorm van polyether is.

Nomenclatuur

Eenvoudige epoxiden worden genoemd naar de oorspronkelijke verbinding oxiraan (ethyleenoxyde), zoals in chloromethyloxiraan. Wanneer epoxide wordt beschouwd als een functionele groep in een grotere verbinding, wordt het aangeduid met het epoxy voorvoegsel. Een voorbeeld is de verbinding 1,2-epoxycycloheptaan, die ook cycloheptene epoxide kan worden genoemd.

Een polymeer dat niet-gereageerde epoxide-eenheden bevat, wordt een polyepoxide of een epoxy genoemd.

Synthese

Epoxiden worden gewoonlijk geproduceerd door een van de hieronder gegeven reacties.

Olefineperoxidatie

Olefineperoxidatie, ook bekend als de Prilezhaev-reactie, houdt oxidatie in van een alkeen met een peroxide, gewoonlijk een peroxyzuur zoals meta-chloroperoxybenzoëzuur (m-CPBA) of met een dioxiraan zoals dimethyldioxiraan (DMDO). Een voorbeeld is de epoxidatie van styreen met perbenzoëzuur tot styreenoxide:

De reactie verloopt via wat algemeen bekend staat als het vlindermechanisme. Het is het gemakkelijkst om de zuurstof als een elektrofiel en het alkeen als een nucleofiel te beschouwen, hoewel ze beide in die hoedanigheid werken, en de reactie wordt geacht gecoördineerd te verlopen. (De getallen in het onderstaande mechanisme dienen ter vereenvoudiging.)

Gerelateerde processen omvatten sommige katalytische enantioselectieve reacties, zoals de:

• Sharpless epoxidatie
• Jacobsen epoxidatie
• Shi epoxidatie

Intramoleculaire SN2 substitutie

Deze methode is een variant van de Williamson ether synthese. In dit geval zitten het alkoxide-ion en het halogenide vlak naast elkaar in hetzelfde molecuul (dergelijke verbindingen worden in het algemeen halohydrinen genoemd), waardoor dit een eenvoudige ringsluitingsreactie is. Bijvoorbeeld met 2-chloorpropanol:

Johnson-Corey-Chaykovsky-reactie

In de Johnson-Corey-Chaykovsky-reactie worden epoxiden gegenereerd uit carbonylgroepen en sulfoniumyliden.

Reacties

De drie-ledige ring van epoxide is ongeveer een gelijkzijdige driehoek, dat wil zeggen dat de bindingshoeken ongeveer 60° zijn, waardoor hij sterk gespannen is. De gespannen ring maakt epoxiden reactiever dan andere ethers, vooral tegenover nucleofielen. Typische epoxidereacties worden hieronder beschreven.

• Nucleofiele additie aan een epoxide kan worden gekatalyseerd door een base of een zuur.

• Onder zure omstandigheden valt het nucleofiel de koolstof aan die de meest stabiele carbokation vormt, dat wil zeggen, de meest gesubstitueerde koolstof (vergelijkbaar met een haloniumion). Onder basische omstandigheden valt het nucleofiel de minst gesubstitueerde koolstof aan, in overeenstemming met het standaard SN2 nuclefiele additie-reactieproces.

• Bij hydrolyse van een epoxide in aanwezigheid van een zure katalysator ontstaat een glycol. Het hydrolyseproces van epoxiden kan worden beschouwd als de nucleofiele additie van water aan het epoxide onder zure omstandigheden.

• Bij de reductie van een epoxide met lithiumaluminiumhydride en water wordt een alcohol gevormd. Dit reductieproces kan worden beschouwd als de nucleofiele additie van hydride (H-) aan het epoxide onder basische omstandigheden.

• Reductie met wolfraamhexachloride en n-butyllithium genereert het alkeen. Deze reactie is in feite een de-epoxidatie:

Zie ook

• Alcohol
• Epoxy
• Ether
• Ethyleenglycol
• Ethyleenoxide
• Polyethyleenglycol

Noten

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

Alle links opgehaald 19 augustus 2017.

• Oxidatie van alcoholen.
• Alcoholen als zuren, ethers en thiolen.
• Material Safety Data Sheet: Ethyleen Oxide Andersen Sterilizers, Haw River, NC.
• Ethyleen Oxide National Institute for Occupational Safety and Health.