Jump to content

Эпоксид

(Перенаправлено с Эпоксидов )
Обычный эпоксид

В органической химии эпоксид это циклический эфир , где эфир образует трехатомное кольцо : два атома углерода и один атом кислорода . Эта треугольная структура имеет значительную кольцевую деформацию , что делает эпоксиды более реакционноспособными , чем другие простые эфиры. Они производятся в больших масштабах для многих применений. Обычно эпоксиды с низкой молекулярной массой бесцветны, неполярны и часто летучи . [ 1 ]

Номенклатура

[ редактировать ]

Соединение, содержащее эпоксидную функциональную группу, можно назвать эпоксидом, эпоксидом, оксираном и этоксилином. Простые эпоксиды часто называют оксидами. Таким образом, эпоксид этилена (C 2 H 4 ) представляет собой оксид этилена (C 2 H 4 O). Многие соединения имеют тривиальные названия; например, оксид этилена называется «оксираном». Некоторые названия подчеркивают наличие эпоксидной функциональной группы , как в соединении 1,2-эпоксигептана , который также можно назвать оксидом 1,2-гептена .

Полимер , образованный из предшественников эпоксидов, называется эпоксидной смолой . Однако лишь немногие из эпоксидных групп смолы выдерживают процесс отверждения .

В промышленности преобладающими эпоксидами являются оксид этилена и оксид пропилена , объемы производства которых составляют примерно 15 и 3 миллиона тонн в год соответственно. [ 2 ]

Помимо оксида этилена, большинство эпоксидов образуется, когда пероксидированные реагенты отдают один атом кислорода алкену . Соображения безопасности влияют на эти реакции, поскольку органические пероксиды склонны к самопроизвольному разложению или даже возгоранию.

И гидропероксид трет-бутила , и гидропероксид этилбензола можно использовать в качестве источников кислорода во время окисления пропилена (хотя также требуется катализатор, и вместо этого большинство промышленных производителей используют дегидрохлорирование). [ 3 ]

Окисление этилена

[ редактировать ]

Промышленность по производству этиленоксида производит продукцию в результате реакции этилена и кислорода . модифицированные гетерогенные серебряные катализаторы. Обычно используются [ 4 ] По механизму реакции, предложенному в 1974 г. [ 5 ] по крайней мере, одна молекула этилена полностью окисляется на каждые шесть молекул, превращающихся в оксид этилена:

Только этилен образует эпоксид при неполном сгорании . Другие алкены не вступают в полезную реакцию, даже пропилен катализаторы на носителе TS-1 , хотя Au- могут избирательно эпоксидировать пропилен. [ 6 ]

Органические пероксиды и металлические катализаторы

[ редактировать ]

Комплексы металлов являются полезными катализаторами эпоксидирования с участием пероксида водорода и алкилгидропероксидов. Эпоксидирование, катализируемое металлами, было впервые исследовано с использованием гидропероксида трет-бутила (TBHP). [ 7 ] При ассоциации ТБГП с металлом (М) образуется пероксикомплекс активного металла, содержащий группу МООР, который затем передает О-центр алкену. [ 8 ]

Упрощенный механизм металлокатализируемого эпоксидирования алкенов пероксидными (ROOH) реагентами.

Оксид ванадия(II) катализирует эпоксидирование специфически менее замещенных алкенов. [ 9 ]

Нуклеофильное эпоксидирование

[ редактировать ]

Электронодефицитные олефины, такие как еноны и производные акрила, можно эпоксидировать с использованием нуклеофильных кислородных соединений, таких как пероксиды. Реакция представляет собой двухстадийный механизм. Сначала кислород осуществляет присоединение нуклеофильного конъюгата с образованием стабилизированного карбаниона. Затем этот карбанион атакует тот же атом кислорода, вытесняя из него уходящую группу, замыкая эпоксидное кольцо.

Переход от пероксикарбоновых кислот

[ редактировать ]

Пероксикарбоновые кислоты, которые более электрофильны, чем другие пероксиды, превращают алкены в эпоксиды без вмешательства металлических катализаторов. В специализированных применениях диоксирановые реагенты (например, диметилдиоксиран ) действуют аналогично , но более взрывоопасны.

В типичных лабораторных операциях используется реакция Прилежаева . [ 10 ] [ 11 ] Этот подход включает окисление алкена пероксикислотой, такой как м -CPBA . Показательным является эпоксидирование стирола до пербензойной кислотой оксида стирола : [ 12 ]

Prilezhaev Reaction

Стереохимия реакции весьма чувствительна. В зависимости от механизма реакции и геометрии исходного алкена цис- и/или транс -эпоксидные диастереомеры могут образовываться . Кроме того, если в исходном материале присутствуют другие стереоцентры, они могут влиять на стереохимию эпоксидирования.

Реакция протекает по механизму, широко известному как «механизм бабочки». [ 13 ] Пероксид рассматривается как электрофил , а алкен – как нуклеофил . Реакцию считают согласованной. Механизм «бабочка» обеспечивает идеальное позиционирование O−O Орбиталь сигма-звезды для C−C π-электроны для атаки. [ 14 ] Поскольку две связи разрываются и образуются кислород эпоксида, это формально является примером коарктатного переходного состояния .

Механизм «бабочка» в реакции эпоксидирования Прилежаева.
The butterfly mechanism for the Prilezhaev epoxidation reaction.

Асимметричные эпоксидирования

[ редактировать ]

Хиральные эпоксиды часто могут быть получены энантиоселективно из прохиральных алкенов. Многие металлокомплексы дают активные катализаторы, но наиболее важными являются титан , ванадий и молибден . [ 15 ] [ 16 ]

Гидропероксиды также используются в каталитическом энантиоселективном эпоксидировании, таком как эпоксидирование Шарплесса и эпоксидирование Якобсена . Вместе с эпоксидированием Ши эти реакции полезны для энантиоселективного синтеза хиральных эпоксидов. Оксазиридиновые реагенты также можно использовать для получения эпоксидов из алкенов.

Реакция эпоксидирования Шарплесса — одна из важнейших энантиоселективных химических реакций . Применяется для получения 2,3-эпоксиспиртов из первичных и вторичных аллильных спиртов . [ 17 ] [ 18 ]

Эпоксидирование Шарплесса

Дегидрогалогенирование и другие исключения γ

[ редактировать ]
Эпихлоргидрин получают хлоргидриновым методом. Является прекурсором при производстве эпоксидных смол . [ 19 ]

Галогенгидрины реагируют с основанием с образованием эпоксидов. [ 20 ] Реакция является спонтанной, поскольку энергетические затраты на введение кольцевой деформации (13 ккал/моль) компенсируются большей энтальпией вновь введенной связи CO (по сравнению с энтальпией расщепленной связи C-галоген).

Предполагается, что образование эпоксидов из вторичных галогидринов будет происходить быстрее, чем из первичных галогидринов, из-за увеличения энтропийных эффектов во вторичном галогидрине, а третичные галогидрины реагируют (если вообще реагируют) чрезвычайно медленно из-за стерического скученности. [ 21 ]

Начиная с пропиленхлоргидрина , большая часть мировых поставок оксида пропилена приходится на этот путь. [ 3 ]

Реакция внутримолекулярного образования эпоксида — одна из ключевых стадий реакции Дарценса .

В реакции Джонсона-Кори-Чайковского эпоксиды образуются из карбонильных групп и илидов сульфония . В этой реакции уходящей группой вместо хлорида является сульфоний.

Биосинтез

[ редактировать ]

Эпоксиды в природе встречаются редко. Они возникают обычно за счет оксигенации алкенов под действием цитохрома Р450 . [ 22 ] (но см. также короткоживущие эпоксиэйкозатриеновые кислоты , которые действуют как сигнальные молекулы. [ 23 ] и аналогичные эпоксидокозапентаеновые кислоты и эпоксиэйкозатетраеновые кислоты .)

Оксиды арен являются промежуточными продуктами окисления аренов цитохромом Р450 . Для прохиральных аренов ( нафталина , толуола , бензоатов , бензопирена ) эпоксиды часто получаются с высокой энантиоселективностью.

Реакции раскрытия цикла доминируют в реакционной способности эпоксидов.

Гидролиз и присоединение нуклеофилов

[ редактировать ]
Два пути гидролиза эпоксида

Эпоксиды реагируют с широким кругом нуклеофилов, например со спиртами, водой, аминами, тиолами и даже галогенидами. Имея два часто почти эквивалентных места атаки, эпоксиды служат примером «окружающих субстратов». [ 24 ] раскрытия цикла Региоселективность в асимметричных эпоксидах обычно соответствует образцу атаки S N 2 по наименее замещенному углероду, [ 25 ] но на него может влиять стабильность карбокатионов в кислых условиях. [ 26 ] Этот класс реакций лежит в основе эпоксидных клеев и производства гликолей. [ 19 ]

Литийалюминийгидрид или гидрид алюминия восстанавливают H эпоксиды посредством простого нуклеофильного присоединения гидрида ( ); они производят соответствующий спирт . [ 27 ]

Полимеризация и олигомеризация

[ редактировать ]

Полимеризация эпоксидов дает простые полиэфиры . Например, оксид этилена полимеризуется с образованием полиэтиленгликоля , также известного как полиэтиленоксид. Реакция спирта или фенола с оксидом этилена — этоксилирование — широко используется для получения поверхностно-активных веществ: [ 28 ]

ROH + n C 2 H 4 O → R(OC 2 H 4 ) n OH

Эпоксиды с ангидридами дают полиэфиры. [ 29 ]

Металлирование и дезоксигенация

[ редактировать ]

Литиирование расщепляет кольцо до β-литиоалкоксидов. [ 30 ]

Эпоксиды можно дезоксигенировать с использованием оксофильных реагентов с потерей или сохранением конфигурации. [ 31 ] Соединение гексахлорида вольфрама и н -бутиллития дает алкен . [ 32 ] [ 33 ]

При обработке тиомочевиной эпоксиды превращаются в эписульфид (тиираны).

Другие реакции

[ редактировать ]

Использование

[ редактировать ]

Оксид этилена широко используется для получения моющих средств и поверхностно-активных веществ путем этоксилирования . Его гидролиз дает этиленгликоль . Его также используют для стерилизации медицинских инструментов и материалов.

Реакция эпоксидов с аминами лежит в основе образования эпоксидных клеев и конструкционных материалов. Типичным аминным отвердителем является триэтилентетрамин (ТЭТА).


Безопасность

[ редактировать ]

Эпоксиды являются алкилирующими агентами , что делает многие из них высокотоксичными. [ 35 ]

См. также

[ редактировать ]

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  • Массингилл, Дж. Л.; Бауэр, Р.С. (1 января 2000 г.). «Эпоксидные смолы» . В Крейвере, Клара Д.; Каррахер, Чарльз Э. (ред.). Прикладная наука о полимерах: 21 век . Оксфорд: Пергамон. стр. 393–424. дои : 10.1016/b978-008043417-9/50023-4 . ISBN  978-0-08-043417-9 . Проверено 20 декабря 2023 г.
  1. ^ Гюнтер Зинель; Роберт Рит; Кеннет Т. Роуботтом. «Эпоксиды». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a09_531 . ISBN  978-3527306732 .
  2. ^ Зигфрид Ребсдат; Дитер Майер. «Окись этилена». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a10_117 . ISBN  978-3527306732 .
  3. ^ Jump up to: а б Дитмар Калих, Уве Вихерн, Йорг Линднер «Оксид пропилена» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002 г., издательство Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a22_239
  4. ^ Сайковски, диджей; Будар, М. (1987). «Структурная чувствительность каталитического окисления этилена серебром». Обзоры катализа . 29 (4): 325–360. дои : 10.1080/01614948708078611 .
  5. ^ Килти, Пенсильвания; Захтлер WMH (1974). «Механизм селективного окисления этилена в оксид этилена». Обзоры катализа: наука и техника . 10 :1–16. дои : 10.1080/01614947408079624 .
  6. ^ Нейхейс, Т. Александр; Макки, Мишель; Мулин, Джейкоб А.; Векхейзен, Берт М. (1 мая 2006 г.). «Производство оксида пропена: каталитические процессы и последние разработки». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 45 (10): 3447–3459. дои : 10.1021/ie0513090 . hdl : 1874/20149 . S2CID   94240406 .
  7. ^ Обвинитель Н., Брилл В.Ф. (1965). «Эпоксидирование олефинов трет-бутилгидропероксидом, катализируемое ацетилацетонатом металла». Дж. Орг. Хим . 30 (6): 2074. doi : 10.1021/jo01017a520 .
  8. ^ Тиль В.Р. (1997). «Металлокатализируемое окисление. Часть 5. Каталитическое эпоксидирование олефинов семикоординационными оксобиспероксомолибденовыми комплексами: механистическое исследование». Журнал молекулярного катализа A: Химический . 117 : 449–454. дои : 10.1016/S1381-1169(96)00291-9 .
  9. ^ Табер, Дуглас (25 сентября 2006 г.). «Селективные реакции алкенов» . Основные моменты органической химии .
  10. ^ Марш, Джерри. 1985. Передовая органическая химия, реакции, механизмы и структура . 3-е изд. Джон Уайли и сыновья. ISBN   0-471-85472-7 .
  11. ^ Николай Прилешаев (1909). «Окисление ненасыщенных соединений органическими пероксидами». Отчеты Немецкого химического общества (на немецком языке). 42 (4): 4811–4815. дои : 10.1002/cber.190904204100 .
  12. ^ Гарольд Хибберт и Полин Берт (1941). «Оксид стирола» . Органические синтезы ; Сборник томов , т. 1, с. 494 .
  13. ^ Пол Д. Бартлетт (1950). «Недавние работы по механизмам перекисных реакций». Отчет о химическом прогрессе . 11 : 47–51.
  14. ^ Джон О. Эдвардс (1962). Механизмы пероксидной реакции . Интерсайенс, Нью-Йорк. стр. 67–106.
  15. ^ Беррисфорд, диджей; Болм, К.; Шарплесс, КБ (2003). «Лиганд-ускоренный катализ». Энджью. хим. Межд. Эд. англ . 95 (10): 1059–1070. дои : 10.1002/anie.199510591 .
  16. ^ Шелдон Р.А. (1980). «Синтетические и механистические аспекты катализируемого металлами эпоксидирования гидропероксидами». Журнал молекулярного катализа . 1 : 107–206. дои : 10.1016/0304-5102(80)85010-3 .
  17. ^ Кацуки, Т.; Шарплесс, КБ (1980). «Первый практический метод асимметричного эпоксидирования». Дж. Ам. хим. Соц. 102 (18): 5974–5976. дои : 10.1021/ja00538a077 .
  18. ^ Хилл, Дж.Г.; Шарплесс, КБ ; Экзон, СМ; Реженье, Р. Орг. Синтез. , Колл. Том. 7, с. 461 (1990); Том. 63, с. 66 (1985). ( Статья заархивирована 27 сентября 2013 г. в Wayback Machine )
  19. ^ Jump up to: а б Фам, Ха К.; Маркс, Морис Дж. (2005). «Эпоксидные смолы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайли-ВЧ. дои : 10.1002/14356007.a09_547.pub2 . ISBN  978-3527306732 .
  20. ^ Коппенхёфер, Б.; Шуриг, В. (1993). «(R)-Алкилоксираны высокой энантиомерной чистоты из (S)-2-хлоралкановых кислот через (S)-2-хлор-1-алканолы: (R)-метилоксиран» . Органические синтезы ; Сборник томов , т. 8, с. 434 .
  21. ^ Сильва, П.Дж. (2023). «Вычислительные данные о спонтанности образования эпоксида из галогенгидринов и других механистических деталях синтеза эфира Уильямсона» . хим. Дж. Молд . 18 (2): 87–95. дои : 10.19261/cjm.2023.1083 .
  22. ^ Тибодо CJ (2012). «Ферментативная химия биосинтеза циклопропана, эпоксида и азиридина» . хим. Преподобный . 112 (3): 1681–1709. дои : 10.1021/cr200073d . ПМЦ   3288687 . ПМИД   22017381 .
  23. ^ Бор ВФ (2003). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход . Эльзевир/Сондерс. п. 108. ИСБН  978-1-4160-2328-9 .
  24. ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, стр. 517, ISBN  978-0-471-72091-1
  25. ^ Уоррен, Стюарт; Вятт, Пол (2008). Органический синтез: подход к отключению (2-е изд.). Уайли. п. 39.
  26. ^ Рзепа, Генри (28 апреля 2013 г.). «Как предсказать региоселективность раскрытия эпоксидного кольца» . Химия с изюминкой .
  27. ^ Брюс Рикборн и Уоллес Э. Ламке (1967). «Восстановление эпоксидов. II. Литийалюминийгидрид и смешанное гидридное восстановление оксида 3-метилциклогексена». Дж. Орг. хим. 32 (3): 537–539. дои : 10.1021/jo01278a005 .
  28. ^ Коссвиг, Курт (2002). «Поверхностно-активные вещества». В Элверсе, Барбара; и др. (ред.). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a25_747 . ISBN  978-3527306732 .
  29. ^ Джули М. Лонго; Мария Дж. Сэнфорд; Джеффри В. Коутс (2016). «Сополимеризация с раскрытием цикла эпоксидов и циклических ангидридов с дискретными металлокомплексами: взаимосвязь структура-свойство». хим. Преподобный . 116 (24): 15167–15197. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00553 . ПМИД   27936619 .
  30. ^ Б. Мудрик; Т. Коэн (1995). «1,3-Диолы из β-литиоалкоксидов лития, полученных восстановительным литированием эпоксидов: 2,5-диметил-2,4-гександиол». Орг. Синтез . 72 : 173. дои : 10.15227/orgsyn.072.0173 .
  31. ^ Такуя Накагири; Масахито Мурай; Казухико Такай (2015). «Стереоспецифическое дезоксигенирование алифатических эпоксидов в алкены при рениевом катализе». Орг. Летт . 17 (13): 3346–9. doi : 10.1021/acs.orglett.5b01583 . ПМИД   26065934 .
  32. ^ К. Барри Шарплесс , Марта А. Умбрейт (1981). «Деоксигенирование эпоксидов галогенидами вольфрама низшей валентности: транс -циклододецен». Орг. Синтез. 60:29 . дои : 10.15227/orgsyn.060.0029 .
  33. ^ К. Барри Шарплесс ; Марта А. Умбрейт; Марджори Т. Ние; Томас К. Флуд (1972). «Низшие валентные галогениды вольфрама. Новый класс реагентов для деоксигенации органических молекул». Дж. Ам. хим. Соц. 94 (18): 6538–6540. дои : 10.1021/ja00773a045 .
  34. ^ Сасаки, Хироши (февраль 2007 г.). «Отверждающие свойства циклоалифатических эпоксидных производных». Прогресс в области органических покрытий . 58 (2–3): 227–230. doi : 10.1016/j.porgcoat.2006.09.030 .
  35. ^ Нидерер, Кристиан; Бера, Рената; Хардер, Анджела; Шварценбах, Рене П.; Эшер, Беате И. (2004). «Механистические подходы к оценке токсичности реакционноспособных хлорорганических соединений и эпоксидов в зеленых водорослях». Экологическая токсикология и химия . 23 (3): 697–704. дои : 10.1897/03-83 . ПМИД   15285364 . S2CID   847639 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 8d029aaeeec242a9125171e8973ed914__1722796980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/8d/14/8d029aaeeec242a9125171e8973ed914.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Epoxide - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)