11.8
الإيثرات الحلقية عبارة عن مركبات حلقية غير متجانسة تحتوي على ذرة أكسجين في الحلقة مع ذرات الكربون. يتم تسميتها اعتمادًا على عدد ذرات الكربون الموجودة…
نظائر الإيثرات الدورية مع ذرة الأكسجين المدمجة في الحلقة بالإيثرات الدورية. الصيغة العامة للإيثرات الحلقية هي (CH2) nO ، حيث يمثل n عدد ذرات الكربون في الحلقة. وفقا لذلك ، يمكن أن تكون الإثيرات الدورية أنظمة حلقية ثلاثية الأعضاء أو أربعة أعضاء أو خمسة أعضاء أو ستة أعضاء.
تسمى الإيثرات الدورية ثلاثية الأعضاء بالإيبوكسيدات. يتكون هيكلها الأساسي من ذرة أكسجين واحدة وذرتين من الكربون.
يقترب نظام الحلقة ثلاثي الأعضاء من مثلث متساوي الأضلاع وهو شديد الإجهاد.
ينشأ الإجهاد بسبب انحراف زوايا الرابطة الداخلية عن الزاوية المثالية رباعية السطوح ، أي 109.5 درجة ، مما يؤدي إلى ضغط زوايا الرابطة. هذه السلالة الحلقية تجعل الإيبوكسيد شديد التفاعل مقارنة بالإيثرات الأخرى.
تستمد الإيبوكسيدات أسماءها الشائعة من اسم الألكين الأم الذي تشكلت منه ، متبوعا بكلمة "أكسيد". على سبيل المثال ، أكسيد الإيثيلين ، وهو أبسط إيبوكسيد ، يستمد اسمه من الألكين الأم - الإيثيلين.
تشمل الأمثلة الأخرى رابطة الدول المستقلة -2-بوتين أكسيد ، وأكسيد السيكلوبنتين ، المشتق رسميا من رابطة الدول المستقلة -2-بوتين وسيكلوبنتين ، على التوالي.
في تسمية IUPAC ، يطلق على أبسط إيبوكسيد ، بدون بدائل على ذرات الكربون ، اسم oxirane. يمكن أن تحتوي الإيبوكسيد البديل على ما يصل إلى أربع مجموعات R ويتم تسميتها كمشتقات من الأوكسيران.
على سبيل المثال ، (2R ، 3S) -2،3-dimethyloxirane و (2R ، 3S) -2،3-diethyl-2،3-dimethyloxirane لهما بدائل وأربعة بدائل ، على التوالي. يبدأ ترقيم الأوكسيران من ذرة الأكسجين ، ويتم سرد البدائل أبجديا ، متبوعة بكلمة أوكسيران.
في الحالات التي يكون فيها الإيبوكسيد موجودا كجزء من نظام هيدروكربوني آخر ، تتم إضافة البادئة "إيبوكسي" قبل اسم الوالد.
على سبيل المثال ، يحتوي 1،2-إيبوكسي سيكلوبنتان على حلقة الإيبوكسيد كجزء من نظام حلقة آخر. وبالمثل ، يحتوي 2،3-ثنائي ميثيل -2،3-إيبوكسي بنتان على الإيبوكسيد كجزء من سلسلة هيدروكربونية مستقيمة.
يتم ترقيم السلسلة الأم بطريقة تتلقى ذرات الكربون الإيبوكسي أقل الأرقام الممكنة.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the basic structure of an epoxide?
An epoxide is a three-membered cyclic ether containing one oxygen atom and two carbon atoms. This compact ring structure approximates an equilateral triangle and is highly strained because the interior bond angles deviate significantly from the ideal tetrahedral angle of 109.5 degrees, compressing the bonds and making epoxides highly reactive compared to other ethers.
Q2: Why are epoxides more reactive than other ethers?
Epoxides are more reactive due to ring strain in their three-membered ring system. The compressed bond angles deviate substantially from the ideal tetrahedral angle of 109.5 degrees, creating significant angular strain. This strain makes the ring unstable and prone to ring-opening reactions, which is why epoxides undergo acid-catalyzed ring opening of epoxides and base-catalyzed ring opening of epoxides more readily than larger cyclic ethers.
Q3: How are epoxides named using common nomenclature?
Common names for epoxides are derived from their parent alkene by adding the suffix 'oxide.' For example, ethylene oxide comes from ethylene, cis-2-butene oxide from cis-2-butene, and cyclopentene oxide from cyclopentene. This naming convention directly reflects the alkene precursor from which each epoxide is formed.
Q4: What is the IUPAC name for the simplest epoxide?
The simplest epoxide with no substituents is named oxirane in IUPAC nomenclature. Substituted epoxides are named as derivatives of oxirane, with numbering starting from the oxygen atom and substituents listed alphabetically. For example, (2R,3S)-2,3-dimethyloxirane has two methyl substituents on the oxirane ring.
Q5: How is the epoxy prefix used in IUPAC nomenclature?
When an epoxide is part of a larger hydrocarbon system rather than the main functional group, the prefix 'epoxy' is added before the parent structure name. For example, 1,2-epoxycyclopentane has the epoxide ring incorporated into a cyclopentane system, and 2,3-dimethyl-2,3-epoxypentane has the epoxide within a pentane chain. Parent chain numbering ensures epoxy carbons receive the lowest possible numbers.
Q6: What are the different types of cyclic ethers based on ring size?
Cyclic ethers are classified by the number of carbons in their ring system. Three-membered rings are called oxiranes or epoxides, four-membered rings are oxetanes, five-membered rings are oxolanes, and six-membered rings are oxanes. Ring strain increases as ring size decreases, making three-membered epoxides significantly more strained and reactive than larger cyclic ethers.
Q7: How does ring size affect strain in cyclic ethers?
Ring strain is inversely related to ring size in cyclic ethers. Three-membered rings experience the greatest strain because their bond angles deviate most from the ideal tetrahedral angle of 109.5 degrees. As ring size increases to four, five, or six-membered systems, the strain decreases because the rings can accommodate more normal bond angles, making larger cyclic ethers significantly less reactive than epoxides.