Epóxido

Estructura epóxido

Estructura general dels epóxidos

Els epóxidos són un grup de composts orgànics caracterisats per ser éter cíclicos formats per un àtom d'oxigen unit a dos àtoms de carbono, que a la seua volta estan units entre sí per mig d'un sol enllaç covalente, donant lloc a una estructura cíclica molt rígida i tensa, que fa que siguen molt més reactius que la majoria dels éter. Per això, els epóxidos són útils en la síntesis d'polímero, productes farmacèutics i química fina. Entre els epóxidos més comuns es troben dos productes químics bàsics, l'òxit de propileno i el òxit de etileno, en numeroses aplicacions en síntesis orgànica. Els epóxidos són generalment líquits, incoloros, solubles en alcohol, éter i benceno.

Archiu:2,3-epoxyhexane.svg

Eixemple d'un epóxido, el 2,3-epoxihexano

Nomenclatura

Els epóxidos simples es nomenen a partir del compost «parental», que és l'òxit de etileno o oxirano, tal i com ocorre en el clorometiloxirano. També reben el nom d'òxit, com per eixemple, òxit de etileno (oxirano), òxit de ciclohexeno. Atres epóxidos tenen noms trivials, com el glicidol (2,3- epoxi-1-propanol) o el ya mencionat oxirano. Els de cadena més llarga, es nomenen anteponent el prefix «epoxi-» al hidrocarbur d'igual número d'àtoms de carbono i indicant els carbono que estan units al oxigen en números separats per menges i al mateix temps, estos separats per un guion de sufix, com per eixemple, 2,3-epoxihexano. Alguns noms emfatisen la presència del grup funcional epóxido, com en el cas del compost 1,2-epoxiheptano, que també pot denominar-se òxit d'1,2-hepteno.

Síntesis

La principal via de preparació de epóxidos és l'oxidació del alqueno corresponent, donada la relativa facilitat en que l'oxigen s'unix al doble enllaç. Poden utilisar-se diversos agents oxidants, depenent de la naturalea de lo productes desijats. Peròxit orgànics i peroxiácidos solen ser agents oxidants adequats, ya que trenquen l'enllaç π del doble enllaç, formant-se el corresponent éter cíclico. El peroxiácido reacciona en el alqueno per mig d'una reacció electrofílica concertada en la que els enllaços es formen i es trenquen al mateix temps, sense necessitat de l'ocupació de catalisadors. La reacció entre la olefina i el peroxiácido té lloc per mig d'un únic pas mecanístico i els productes del procés són el epóxido i l'àcit carboxílic corresponent. Els peroxiácidos més utilisats són l'àcit peroxibenzoico (C₆H₅CO₃H), el monoperoxiftálico (o-HOOC-C₆H₄-CO₃H) i el peroxiacético (CH₃CO₃H). Les operacions típiques de laboratori ampren la reacció de Prileschajew. Un eixemple ilustrativo és la epoxidación del estireno en àcit peroxibenzoico a òxit de estireno:

Obtenció d'òxit de estireno utilisant àcit peroxibenzoico com a oxidant

Ya que els peroxiácidos orgànics són espècies electrófilas, la velocitat de reacció en els alquenos es fa major en presència de sustituyentes que cedixen electrons, com poden ser els radicals llogue. Aquells alquenos en tres o quatre sustituyentes llogue són ràpidament oxidados, formant el corresponent epóxido, mentres que els alqueno terminals (R-CH=CH₂) reaccionen de forma molt més llenta. Una atra característica de les formació de epóxidos a partir de alquenos i peroxiácidos, és que es tracta d'una reacció estereoespecífica, ya que es produïx preferentment en l'isòmer cis.

Una atra forma de preparació de epóxidos a partir d'un alqueno és a través de la formació d'una halohidrina . En este cas, la formació del epóxido es produïx en dos passos; en una primera reacció el alqueno reacciona en àcit hipocloroso o àcit hipobromoso, en els que el halógeno i el grup hidroxilo de l'àcit s'unixen a cada u dels carbono adjacents de grup olefínico, formant la corresponent halohidrina. Quan la halohidrina es tracta en una base es produïx una reacció S_N2 intramolecular que dona lloc a un epóxido. Este procediment resulta relativament econòmic i és l'habitualment utilisat en la producció industrial de l'òxit de propileno (epoxipropano) a partir del propileno.

Obtenció d'òxit de propileno a partir de la clorhidrina de propileno

L'òxit de propileno és àmpliament utilisat com a reactiu de partida en la producció de poliuretano. El epóxido es convertix en un poliol i després, reacciona en isocianatos per a formar el poliuretano. També es convertix en polipropilenglicol per mig d'una polimerisació d'obertura d'anells.

Un atre epóxido de gran interés per a l'indústria és el òxit de etileno o oxirano, utilisat en la síntesis del etilenglicol (una substància química usada com anticongelant i en la producció d'polímero, com polièster i el tereftalato d'polietileno). També, el gas d'òxit de etileno s'usa en aplicacions mèdiques com a agent esterilizador d'instruments quirúrgics. Per a la seua producció a gran escala pot per mig del procés de hidrocloración (formació de la clorhidrina), ya en desús o, més recentment, fent reaccionar l'oxigen en el propileno a temperatura i pressió elevades en presència d'un catalisador d'argent.

$7\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}=\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2+6\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶6\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}+2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Solament el etileno produïx un epóxido durant la combustió incompleta. Atres alquenos no reaccionen de forma eficaç, ni tan sols el propileno, encara que s'ha realisat estudis per a oxidar selectivament este alqueno utilisant catalisadors de Au en soports de titani-silici.