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環状エーテルは、環内に炭素原子とともに酸素原子をもつ複素環式化合物です。 それらは、環系に存在する炭素原子の数に応じて名前が付けられます。 3員環系の環状エーテルは「オキシラン」、4員環系は「オキセタン」、5員環系は「オキソラン」、6員環系は「オキサン」と呼ばれます。 これらの環の環状構造は角ひずみ…
環内に酸素原子が組み込まれたエーテルの環状類似体は、環状エーテルと呼ばれます。環状エーテルの一般式は(CH2)nOであり、ここでnは環内の炭素原子の数を表します。したがって、サイクリックエーテルは、3員、4員、5員、または6員のリングシステムであり得る。
この三員環状エーテルはエポキシドと呼ばれます。それらの基本構造は、1つの酸素原子と2つの炭素原子で構成されています。
三員環系は正三角形に近似し、非常にひずみがかかります。
このひずみは、内部ボンド角が理想的な四面体角、つまり109.5°からずれるために発生し、ボンド角の圧縮につながります。このリング株は、他のエーテルと比較してエポキシドを非常に反応性にします。
エポキシドの一般名は、エポキシドが形成された親アルケンの名前に続いて「酸化物」という言葉が続くことに由来します。たとえば、最も単純なエポキシドであるエチレンオキシドは、その親であるアルケンであるエチレンに由来しています。
他の例としては、cis-2-ブテンオキシド、およびシクロペンテンオキシドが挙げられ、それぞれcis-2-ブテンおよびシクロペンテンから正式に誘導されます。
IUPACの命名法では、炭素原子の置換がない最も単純なエポキシドはオキシランと呼ばれます。置換エポキシドは、最大4つのR基を持つことができ、オキシランの誘導体として名前が付けられています。
例えば、(2R,3 S)-2,3-ジメチルオキシランと(2R,3 S)-2,3-ジエチル-2,3-ジメチルオキシランは、それぞれ2つと4つの置換基を持っています。オキシランの番号付けは酸素原子から始まり、置換基はアルファベット順にリストされ、その後にオキシランという単語が続きます。
エポキシドが別の炭化水素システムの一部として存在する場合は、親の名前の前に接頭辞「エポキシ」が追加されます。
例えば、1,2-エポキシシクロペンタンは、エポキシド環を別の環系の一部として持っています。同様に、2,3-ジメチル-2,3-エポキシペンタンは、直進炭化水素鎖の一部としてエポキシドを持っています。
親鎖には、エポキシ炭素原子が可能な限り低い番号を受け取るように番号が付けられています。
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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.