11.8
Estrutura e Nomenclatura de Epóxidos
Os éteres cíclicos são compostos heterocíclicos com um átomo de oxigênio no anel junto com átomos de carbono. Eles são nomeados dependendo do número d…
Análogos cíclicos de éteres com um átomo de oxigênio incorporado no anel são chamados de éteres cíclicos. A fórmula geral para éteres cíclicos é (CH2)nO, onde n representa o número de átomos de carbono no anel. Assim, os éteres cíclicos podem ser sistemas de anéis de três, quatro, cinco ou seis membros.
Os éteres cíclicos de três membros são chamados de epóxidos. Sua estrutura básica consiste em um átomo de oxigênio e dois átomos de carbono.
O sistema de anel de três membros se aproxima de um triângulo equilátero e é altamente tenso.
A deformação surge devido ao desvio dos ângulos de ligação internos do ângulo tetraédrico ideal, ou seja, 109,5°, levando à compressão dos ângulos de ligação. Essa cepa de anel torna os epóxidos altamente reativos em comparação com outros éteres.
Os epóxidos derivam seus nomes comuns do nome do alceno original do qual são formados, seguido pela palavra "óxido". Por exemplo, o óxido de etileno, que é o epóxi mais simples, deriva seu nome de seu alceno pai - etileno.
Outros exemplos incluem óxido de cis-2-buteno e óxido de ciclopenteno, formalmente derivados de cis-2-buteno e ciclopenteno, respectivamente.
Na nomenclatura IUPAC, o epóxi mais simples, sem substituições nos átomos de carbono, é denominado oxirano. Os epóxidos substituídos podem ter até quatro grupos R e são nomeados como derivados dos oxiranos.
Por exemplo, (2R,3 S)-2,3-dimetiloxirano e (2R,3 S)-2,3-dietil-2,3-dimetiloxirano têm dois e quatro substituintes, respectivamente. A numeração do oxirano começa no átomo de oxigênio, e os substituintes são listados em ordem alfabética, seguidos pela palavra oxirano.
Nos casos em que o epóxi está presente como parte de outro sistema de hidrocarbonetos, o prefixo "epóxi" é adicionado antes do nome do pai.
Por exemplo, o 1,2-epoxiciclopentano tem o anel de epóxi como parte de outro sistema de anéis. Da mesma forma, o 2,3-dimetil-2,3-epóxi pentano tem o epóxido como parte de uma cadeia direta de hidrocarbonetos.
A cadeia pai é numerada de tal forma que os átomos de carbono epóxi recebem os números mais baixos possíveis.
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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.