Оксиранами (старое название эпоксиды) называют трехчленные циклические соединения, содержащие один атом кислорода в цикле.

Окись этилена

Простейший оксиран обычно называют окисью этилена. Ее получают в промышленности путем пропускания смеси этилена с воздухом или с кислородом над серебряным катализатором

 (16)

оксиран (окись этилена)

Был также разработан промышленный метод окисления одной из двойных связей бутадиена до эпоксидной группы:

 (17)

 3,4-эпокси-1-бутен

Методы получения оксиранов

Окисление алкенов надкислотами

Наиболее широко используемым методом получения оксиранов является действие на алкены надкислотами:

(18)

циклогексен м-хлорнадбензойная 1,2-эпоксицикло- м-хлорбензойная

кислота гексан кислота

Окисление алкенов органическими надкислотами сопровождается присоединением кислорода по двойной связи, в результате чего образуются

a-оксиды (Н.А. Прилежаев). Был предложен следующий механизм этой реакции:

 (М 5)

Присоединение кислорода по двойной связи в реакции эпоксидирования представляет собой син-процесс. Например, циклогексен реагирует с м-хлорнадбензойной кислотой с образованием 1,2-эпоксициклогексана:

 (19)

 цис-2-бутен цис-2,3-диметилоксиран

 (2R,3S)-2,3-диметилоксиран (мезо форма)

Эпоксид образуется той же конфигурации, что и исходный алкен:

$IMAGE6$ (20)

 (2R,3R)-2,3-диметилоксиран (23,3S)-2,3-иметилоксиран

Внутримолекулярное замещение галогенгидринов

Оксираны получают также действием щелочей на галогенгидрины (вариант реакции Вильямсона):

$IMAGE7$ (21)

пропилен пропиленхлоргидрин окись пропилена

Таким путем из монохлоргидринов глицерина получают глицидный спирт, а из дихлоргидринов – эпихлоргидрин.

$IMAGE8$ (22)

монохлоргидрины глицерина глицидный спирт

$IMAGE9$(23)

аллилхлорид дихлоргидрины глицерина эпихлоргидрин

Реакции оксиранов

Эпоксиды из-за легкости раскрытия очень напряженного эпоксидного цикла чрезвычайно реакционноспособны. В общем виде реакцию можно записать так:

$IMAGE10$

 где Nu = OH, OR, OAr, OOCR, Hal, NH₂, NR₂, SH, CN, N₃ и др.

Реакция может катализироваться кислотами. Это особенно необходимо, когда раскрытие цикла осуществляется слабым нуклеофилом, например водой или спиртом:

$IMAGE11$ (24)

$IMAGE12$(М 6)

Таким образом, эпоксидирование с последующим гидролизом в присутствии кислоты является методом анти гидроксилирования алкенов. Напомним, что син гидроксилирование алкенов осуществляется окислением разбавленным раствором перманганата калия.

Катализирумый кислотой гидролиз 1,2-эпоксициклогексана приводит к образованию транс-1,2-циклогександиола в виде двух энантиомеров:

$IMAGE13$ (25)

 1,2-эпоксициклогексан транс-1,2-циклогександиол

Присоединение хлороводорода к окиси этилена приводит к образованию этиленхлоргидрина:

$IMAGE14$ (25)

В присутствии кислот или оснований окись этилена димеризуется в

1,4-диоксан:

$IMAGE15$ (26)

1,4-диоксан

Реагируя с сероводородом, окись этилена дает тиогликоль, который далее реагирует еще с одной молекулой окиси этилена давая тиодигликоль.

Если в тиодигликоле заменить гидроксильные группы на атомы хлора то будет получен иприт:

$IMAGE16$

$IMAGE17$

Из окиси этилена и аммиака получают этаноламины:

$IMAGE18$

$IMAGE19$

При щелочном катализе не симметричный оксиран атакуется по наименее замещенному атому углерода:

$IMAGE20$

окись пропилена

$IMAGE21$ 

1-этокси-2-пропанол

При кислотном катализе не симметричный оксиран атакуется по наиболее замещенному атому углерода:

$IMAGE22$ (27)

2-метил-1,2-эпоксипропан 2-метокси-2-метил-1-пропанол

В протонированном эпоксиде более разветвленный атом углерода несет более положительный заряд, чем менее замещенный.

Этиленгликоль, реагируя с окисью этилена превращается в диэтиленгли-коль, триэтиленгликоль и т.д. до полимера:

$IMAGE23$

При добавлении к окиси этилена следов воды образуется полимер:

$IMAGE24$

Аналогичным образом окись этилена реагирует со спиртами:

$IMAGE25$ $IMAGE26$ (28)

Целлозольвы далее, могут реагировать еще с одной молекулой окиси этилена давая карбитолы:

$IMAGE27$ (26)

$IMAGE28$Взаимодействие оксиранов с магнийорганическими соединениями следует рассматривать как бимолекулярное нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода оксирана под действием карбаниона металлоорганического соединения.

	$IMAGE29$
			$IMAGE30$

Оксирановый цикл раскрывается также под действием диалкилкупратов, причем замещение происходит при наименее замещенном атоме углерода:

			$IMAGE31$
					$IMAGE32$
	$IMAGE33$

(27)