Epossidi
# Epossidi

| La struttura del gruppo epossido in (blu). | Ossido di etilene (ossirano) |
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Un epossido, detto anche ossirano, è un etere ciclico in cui l'ossigeno è uno degli atomi di un anello a tre termini. La molecola di un epossido è del tipo $R_1R_2C(O)CR_3R_4$ con gli R radicali alchilici o arilici. Pur essendo degli eteri, essi presentano una reattività del tutto eccezionale e degli schemi di sintesi alquanto differenti. In generale, gli epossidi a basso peso molecolare sono gas o liquidi volatili molto infiammabili, incolori e poco polari, solubili anche in acqua (con la quale però lentamente reagiscono), oltre che nei comuni solventi organici eterei, idrocarburici o alogenati.

Tale reattività degli epossidi che va ben oltre quella degli eteri alifatici o ciclici ad almeno 5 termini è causata dalla tensione d'anello, nelle sue componenti angolare e torsionale; la prima è dovuta alla notevole riduzione degli angoli di legame a circa 60°, valore molto distante dall'angolo tetraedrico (109,5°) ideale per l'ibridazione $sp^3$ (tensione angolare); la seconda (tensione torsionale, dovuta all'eclissamento degli idrogeni dell'anello) è un poco inferiore a quella nel ciclopropano, perché rispetto ad esso qui mancano due idrogeni e quindi i loro eclissamenti, ma resta comunque notevole. Tutto questo porta ad una facile apertura dell'anello e questa può avvenire in molti modi che comprendono sia attacchi nucleofili, che elettrofili.

## Nomenclatura

Il più comune fra questi composti è detto comunemente ossido di etilene (IUPAC: 1,2-epossietano. IUPAC preferita : ossirano).

Abbiamo almeno tre metodi per nominarli:

* La nomenclatura IUPAC (n,n+1-epossi ... -ano) (al posto di n+1 ci può essere anche n+2, n+3, ... etc.)

    in questo sistema l'atomo di ossigeno è considerato un sostituente (in 2 posizioni) col nome epossi-, preceduto dalle posizioni degli atomi di carbonio sopra cui si trova nel ramo principale (C-1,C-2,...C-n,C-(n+1),...C-t) e seguito dal nome dell'alcano base o dai suoi isomeri.
* La nomenclatura IUPAC preferita (2 ... -il 3 ... -il ossirano; 2,2 ... -il ossirano)

    questo metodo tiene conto del nome ossirano preceduto dai numeri posizione atomi del gruppo (O-1,C-2,C-3) e dei radicali alchilici presenti.
* La nomenclatura comune (ossido di ... -ene)

    viene derivata dell'ossido di etilene, che è l'epossido base, e tiene conto dell'alchene di partenza seguito da ossido o preceduto da ossido di.

Ecco i primi eteri ciclici derivati dagli alcani che comprendono gli epossidi più semplici:

| Formula | Nome IUPAC | Preferito IUPAC | Nome comune |
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| $CH_2(O)CH_2$ | 1,2-epossietano | ossirano | ossido di etilene |
| $CH_3CH(O)CH_2$ | 1,2-epossipropano | metilossirano | ossido di propilene |
| $CH_2CH_2(O)CH_2$ | 1,3-epossipropano | ossetano | ossido di trimetilene |
| $CH_2(O)CHCH_2CH_3$ | 1,2-epossibutano | etilossirano | ossido di etil-etilene |
| $CH_3CH(O)CHCH_3$ | 2,3-epossibutano | 2,3-dimetilossirano | ossido di 2,3-butilene |
| $(CH_3)_2C(O)CH_2$ | 1,2-epossi 2-metilpropano | 1,1-dimetilossirano | ossido di isobutilene |
| $CH_3CHCH_2(O)CH_2$ | 1,3-epossisobutano | 3-metilossetano | ossido di 1,3-isobutilene |
| $CH_3CH(O)CH_2CH_2$ | 1,3-epossibutano | 2-metilossetano | ossido di 1,3-butilene |
| $CH_2CH_2(O)CH_2CH_2$ | 1,4-epossibutano | ossolano | ossido di 1,4-butilene |

Le righe colorate in azzurro indicano l'alcano, mentre quelle in bianco gli isomeri di struttura derivati.

Se l'epossido fa parte di un altro sistema ciclico si utilizza sempre il prefisso epossi-. Facciamo qualche esempio:

* Diepossi-butano
* 1,2-epossi-1-metilciclobutano
* 5,6-Epossi-cicloesa-1,3-diene
* (3R)-4,6-difenil-5,6-epossi-es-1-en-3-olo

## Sintesi

Gli epossidi dominanti nell'industria sono l'ossido di etilene e l'ossido di propilene, le produzioni sono rispettivamente circa 15 e 3 milioni tonnellate/anno.

* Ossidazione catalitica di alcheni:
* Epossidazione di alcheni:

Si utilizzano acidi perossicarbossilici, di formula -COOOH anziché -COOH. È il metodo di maggior impiego nelle sintesi fatte in laboratorio. Il reagente più comunemente impiegato è l'acido meta-cloroperossibenzoico.

L'epossidazione di Sharpless permette di formare un epossido con alta enantioselettività partendo da un alcool allilico.

* Sostituzione nucleofila interna delle aloidrine:

In questa reazione X può essere un atomo di cloro o un atomo di bromo; in alternativa ad NaOH è anche possibile utilizzare $K_2CO_3$

* Sintesi dell'ossido di etilene:

Questa sintesi non funziona con altri alcheni, però è l'unica ad essere stata portata su scala industriale.

* Sintesi di Corey-Chaykovsky:

Reazioni di ilidi dello zolfo con composti carbonilici.

## Reazioni

* Addizione di acqua, formazione di glicoli

(un glicole etilenico)

* Addizione di ammoniaca (o ammine primarie e secondarie) a dare etanolammine
* Apertura dell'anello per reazione con nucleofili:

È una reazione di sostituzione nucleofila $S_N2$ con apertura d'anello che è praticamente impossibile con eteri non in tensione.

* Apertura dell'anello mediante catalisi acida:

Il prodotto dell'apertura dell'anello mediante catalisi acida per l'ossido di etilene è il glicole etilenico, prodotto interessante per utilizzi di vario genere.

* Riduzione:

La riduzione di un epossido con tetraidroalluminato di litio o idruro di alluminio produce l'alcool corrispondente. L'attacco nucleofilo dell'idruro $(H^−)$ avviene sul C meno ingombrato dell'epossido.

* Reazione con i reattivi di Grignard:

### Altre reazioni

* La scissione riduttiva degli epossidi produce β-litioalcossidi.
* La riduzione con un reagente ottenuto trattando l'esacloruro di tungsteno con n-butillitio produce l'alchene
* Gli epossidi subiscono reazioni di espansione dell'anello, che coinvolgono l'inserimento di anidride carbonica per dare i carbonati ciclici.
* Quando trattati con tiourea gli epossidi si convertono a episolfuri, noti anche come tiirani.

## Applicazioni

Mostriamo alcuni epossidi utilizzati nell'industria chimica o presenti in natura:

| Bisfenolo A diglicidil etere è un componente nella comune resina epossidica. | Struttura chimica dell'epossido glicidolo, un intermedio chimico comune. | Gli epotiloni sono epossidi naturali. | Il 3,4-Epossicicloesilmetil-3’,4’-epossocicloesano carbossilato, precursore di rivestimenti. |
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| La trilinoleina epossidata, il componente principale dell'olio di semi di soia epossidato (ESBO), un plastificante commercialmente importante. | L'ossido di benzene esiste in equilibrio con il suo isomero. |

L'ossido di etilene viene utilizzato per produrre detergenti e tensioattivi tramite etossilazione. La sua idrolisi forma il glicol etilenico. Viene anche utilizzato per la sterilizzazione di strumenti medici e materiali.

La reazione degli epossidi con ammine sta alla base per formare le resine epossidiche come colle e materiali strutturali. Una tipica ammina-indurente è la trietilenetetramina (TETA).

## Sicurezza

Gli epossidi sono agenti alchilanti, rendendone molti altamente tossici.

