11.8
Siklik eterler, halkada karbon atomlarıyla birlikte bir oksijen atomuna sahip olan heterosiklik bileşiklerdir. Halka sistemlerinde bulunan karbon atom…
Halkaya dahil edilmiş bir oksijen atomuna sahip eterlerin döngüsel analoglarına döngüsel eterler denir. Döngüsel eterler için genel formül (CH2)nO'dur, burada n, halkadaki karbon atomlarının sayısını temsil eder. Buna göre, döngüsel eterler üç üyeli, dört üyeli, beş üyeli veya altı üyeli halka sistemleri olabilir.
Üç üyeli döngüsel eterlere epoksitler denir. Temel yapıları bir oksijen atomu ve iki karbon atomundan oluşur.
Üç üyeli halka sistemi bir eşkenar üçgene yaklaşır ve oldukça gergindir.
Gerinme, iç bağ açılarının ideal tetrahedral açıdan, yani 109.5°'den sapması nedeniyle ortaya çıkar ve bağ açılarının sıkışmasına yol açar. Bu halka suşu, epoksitleri diğer eterlere kıyasla oldukça reaktif hale getirir.
Epoksitler, ortak isimlerini oluştukları ana alkenin adından ve ardından "oksit" kelimesinden türetirler. Örneğin, en basit epoksit olan etilen oksit, adını ana alkeni olan etilenden alır.
Diğer örnekler arasında, resmi olarak sırasıyla cis-2-büten ve siklopentanden türetilen cis-2-büten oksit ve siklopenten oksit bulunur.
IUPAC isimlendirmesinde, karbon atomları üzerinde herhangi bir ikame olmaksızın en basit epoksit oksiran olarak adlandırılır. İkame edilmiş epoksitler en fazla dört R grubuna sahip olabilir ve oksiran türevleri olarak adlandırılır.
Örneğin, (2R, 3S) -2,3-dimetiloksiran ve (2R, 3S) -2,3-dietil-2,3-dimetiloksiran sırasıyla iki ve dört ikame ediciye sahiptir. Oksiranın numaralandırılması oksijen atomundan başlar ve ikame ediciler alfabetik olarak listelenir ve ardından oksiran kelimesi gelir.
Epoksitin başka bir hidrokarbon sisteminin bir parçası olarak bulunduğu durumlarda, ebeveynin adından önce "epoksi" öneki eklenir.
Örneğin, 1,2-epoksisiklopentan, başka bir halka sisteminin parçası olarak epoksit halkasına sahiptir. Benzer şekilde, 2,3-dimetil-2,3-epoksi pentan, düz bir hidrokarbon zincirinin parçası olarak epokside sahiptir.
Ana zincir, epoksi karbon atomları mümkün olan en düşük sayıları alacak şekilde numaralandırılmıştır.
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.