Az epoxidok ( oxiránok ) telített, háromtagú heterociklusok, amelyek egy oxigénatomot tartalmaznak a ciklusban [1] . Az epoxidok ciklusos éterek, azonban a háromtagú gyűrű feszültsége miatt erősen reaktívak a gyűrűnyitási reakciókban.
Az alsó epoxidok - a normál körülmények között gáz halmazállapotú etilén-oxid kivételével - éteri szagú, szerves oldószerekben jól oldódó folyadékok, az epoxidok forráspontja valamivel magasabb, mint a hasonló molekulatömegű éterek forráspontja.
Az epoxigyűrű szén-szén kötéshossza 0,147 nm, a szén-oxigén kötése 0,144 nm, és a COC oxigénatommal bezárt szög 61°24'. Az IR spektrumok tartalmazzák a gyűrű 1250 cm – 1 feszítőrezgéseinek jellemző abszorpciós sávjait, valamint vannak 950–810 cm – 1 és 840–750 cm– 1 közötti sávok is .
Az epoxidok szintézisének legelterjedtebb módszerei az alkének szelektív oxidációja (epoxidáció) és a halohidrinek bázisok hatására történő dehidrohalogénezése során végzett ciklizálás.
Az alkének epoxidálására szolgáló laboratóriumi módszer a Prilezhaev-reakció - az alkének kölcsönhatása perkarbonsavakkal inert apoláris vagy gyengén poláris oldószerekben:
Az alkének epoxidációja más peroxidvegyületek hatására is végrehajtható ( terc -butil -hidroperoxid, hidrogén-peroxid lúgos közegben α, β-telítetlen karbonilvegyületek epoxidációja során), az iparban az etilén-oxidot katalitikus oxidációval nyerik. etilént légköri oxigénnel.
Az epoxidok szintézisének másik általános módszere a halohidrinek dehidrohalogénezése bázisok hatására, amely az éterek szintézisének intramolekuláris változata alkil-halogenidek alkoholátokkal történő alkilezésével (intramolekuláris Williamson-reakció ):
Az epoxidok szintézisének ezt a módszerét az iparban is használják, mivel rendelkezésre állnak klórhidrinek, amelyeket alkének klórral víz jelenlétében történő reakciójával nyernek:
A háromtagú gyűrű szögfeszültsége miatt az epoxidok sokkal reaktívabbak, mint az aciklikus és feszültségmentes ciklikus éterek. Az epoxidkémiában a legjellemzőbbek és a legfontosabbak a nukleofilekkel végzett gyűrűnyitási reakciók.
Nukleofilek hatására a gyűrűfelnyílás a bimolekuláris nukleofil szubsztitúció S N 2 mechanizmusa szerint történik, míg az epoxigyűrűben alkil- vagy arilszubsztituensek jelenléte esetén a nukleofil támadás a legkevésbé szubsztituált szénatomra irányul, a reakció sztereospecifikusan megy végbe a megőrzött konfiguráció mellett.
Az epoxidokhoz való nukleofil addíciót elektrofilek katalizálhatják. Így a savas katalízisben az oxigénatom protonálódása a reakció első gyors és reverzibilis szakaszában történik oxónium-kation képződésével. A további reakcióút a képződött oxóniumion stabilitásától függ. Ha az oxóniumion stabil, akkor az S N 2 mechanizmus nukleofil támadáson megy keresztül:
Szubsztituált epoxidok esetén a ciklusos oxóniumkation felnyílása stabil tercier karbokation képződésével lehetséges, amelyet azután az S N 1 monomolekuláris szubsztitúció mechanizmusa nukleofil támadásnak vet ki. Ebben az esetben a nyitás iránya Az epoxigyûrû összetétele ellentétes az S N 2 mechanizmusban megfigyelhetõvel: a nukleofil addíciója az etilén-oxid ciklus leginkább szubsztituált szénatomján történik.
Az epoxidok az emberi szervezetben idegen vegyületek – xenobiotikumok – biotranszformációja eredményeként keletkeznek . A xenobiotikumok forrásai az antropogén tevékenységek (levegő-, víz-, talajszennyezés stb.) és biológiai tényezők (élelmiszerek patogén mikroorganizmusokkal való szennyeződése). Egyes xenobiotikumok ( benzol , aromás és poliaromás vegyületek) biotranszformációja során az enzimrendszer (mikroszómális oxidációs rendszer) hatására epoxiciklus jön létre, magát a reakciót epoxidációnak nevezik. A keletkező termékek erősen reaktívak. Könnyen alkilezik a nukleinsavak nukleofil központjait. A DNS szerkezetében bekövetkező változások a mutációk számának növekedéséhez vezetnek .