3. Физические свойства и строение

Фенолы – жидкие или кристаллические вещества с сильным характерным запахом. При хранении на воздухе быстро темнеют из-за окисления. Ограниченно растворимы в воде.

Гидроксигруппа и ароматическое кольцо образуют сопряженную систему. Гидроксигруппа проявляет электронодонорные свойства за счет +М-эффекта, который превышает по силе –I-эффект.

Фенол и его гомологи – полярные соединения. Дипольный момент направлен в сторону бензольного кольца. Взаимодействии неподеленной пары электронов кислорода с  -системой кольца обусловливает электронодонорные свойства этих соединений. Энергия ионизации фенола составляет 8,5-8,6 эВ, что ниже, чем у бензола и спиртов.

Спектральные характеристики.

Введение гидроксильной группы в бензольное кольцо вызывает сдвиг полос поглощения в УФ-спектрах в длинноволновую область и усиливает их: 210 ( 6200) и 270 ( 1450) нм.

В ИК-спектрах характеристические полосы поглощения валентных колебаний группы ОН лежат в области 3390-3600 см^-1 и зависят от растворителя и концентрации.

В спектрах ПМР сигнал протонов группы ОН находится в широком диапазоне и зависит от температуры, концентрации, рН и растворителя (в дейтерохлороформе  4,5-7,5 м.д.)

4. Химические свойства

Для фенолов характерны нуклеофильные свойства, которые усиливаются при превращении их в феноксид-анионы в результате ионизации полярной связи О-Н. При этом электрофилы могут реагировать как по атому кислорода, так и по атомам углерода ароматического кольца фенолов или феноксид-анионов.

Кислотные свойства

Фенолы являлются слабыми ОН-кислотами, но значительно превосходят по кислотности спирты. Например, фенол в 10⁸ раз более сильная ОН-кислота по сравнению с циклогексанолом.

Причина более высокой кислотности фенолов состоит в стабилизации феноксид-аниона за счет делокализации отрицательного заряда с участием ароматического кольца.

Влияние заместителя в бензольном кольце на кислотность фенолов согласуется с представлениями об их электронных эффектах. Электроноакцепторные заместители, особенно в орто- и пара-положениях, усиливают, а электронодонорные - понижают кислотные свойства фенолов.

Величины рКа орто-, мета- и пара-замещенных фенолов в воде при 25^оС

Заместитель	орто	мета	пара	Заместитель	орто	мета	пара
H	10.00	10.00	10.00	F	8.73	9.29	9.89
CH3	10.29	10.09	10.26	Cl	8.56	9.12	9.41
C(CH3)3	10.62	10.12	10.23	Br	8.45	9.03	9.37
C6H5	10.01	9.64	9.55	I	8.51	9.03	9.33
OCH3	9.98	9.65	10.21	NO2	7.23	8.36	7.15

Большинство фенолов легко растворяется в водных растворах щелочей МОН с образованием фенолятов ArOM.

Получение простых и сложных эфиров фенолов

Нуклеофильные свойства атома кислорода фенолов понижены по сравнению со спиртами в результате сопряжения. Как следствие этого ариловые эфиры карбоновых кислот нельзя получать прямой этерификацией фенолов карбоновыми кислотами. Сложные эфиры получают ацилированием фенолов или их Na-и K-солей галогенангидридами или ангидридами кислот.

ArOH + RCOX  RCOOAr + HX

ArO-Na+ + RCOX  RCOOAr + NaX

(X=Cl, OCOR)

Феноляты легко алкилируются , алкилгалогенидами и диалкилсульфатами с образованием простых эфиров.

ArO-Na+ + RX  ArOR + NaX

(X=Hal, ROSO₃)

Метиловые эфиры фенолов получают также действием диазометана в эфирном растворе.

ArOH + CH₂N₂  AROCH₃ + N₂

В отличие от спиртов фенолы как более сильные кислоты метилируются диазометаном в отсутствие катализатора.

Перегруппировка Кляйзена аллилариловых эфиров

Аллиловый эфир фенола при нагревании до 200-220^оС превращается в орто-аллилфенол, т.е. аллильная группа мигрирует в орто-положение бензольного кольца.

Если оба орто-положения заняты заместителями, то аллильная группа перемещается в пара-положение:

Установлено, что и орто- и пара-перегруппировки являются внутримолекулярными реакциями первого порядка. Миграция в орто-положение сопровождается инверсией аллильной группы, т.е. она присоединяется к бензольному кольцу  -углеродным атомом.

Из этого следует, что переходное состояние перегруппировки Кляйзена должно быть циклическим шестизвенным. Такое переходное состояние включает шесть  -электронов и является ароматическим, что составляет движущую силу этой термической перегруппировки. На последней стадии происходит изомеризация циклогексадиенона в о-аллилфенол. Эта стадия аналогична изомеризации кетона в енольную форму.

2,4-Циклогексадиенон является интермедиатом перегруппировки аллилариловых эфиров. Такой интермедиат может быть выделен при перегруппировке аллилового эфира 2,6-диметилфенола, когда аллильная группа мигрирует в пара-положение, поскольку енолизация кетона в фенол в этом случае не может происходить из орто-положения. Конечным результатом двух последовательных миграций аллильной группы является сохранение структуры мигрирующей группы.

Кроме того, при проведении перегруппировки в присутствии малеинового ангидрида 2,4-циклогексадиенон улавливается в виде аддукта диенового синтеза.

Реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце

Гидроксильная группа относится к числу групп, активирующих электрофильное замещение в ароматическом кольце и направляющих заместитель в орто- и пара-положения. Фенолы вступают практически во все типичные реакции электрофильного замещения как с сильными, так и со слабыми электрофильными агентами.

Галогенирование

Галогенирование фенолов не требует катализа кислотами Льюиса и легко осуществляется под действием молекулярного галогена. Галогенирование фенола молекулярным бромом или хлором в полярной среде практически невозможно остановить на стадии моногалогенирования, поскольку реагирующей частицей здесь является фенолят-ион, который содержит очень сильную активирующую группу –O^-. Скорость галогенирования фенолят-иона по крайней мере в тысячу раз выше, чем фенола. Галогензамещенный фенол является более сильной кислотой, чем сам фенол, что облегчает введение второго и третьего атома галогена в орто- и пара-положения.

Бромирование фенола в воде приводит к образованию нерастворимого 2,4,6-трибромфенола. Эта реакция настолько чувствительна, что позволяет обнаружить фенол в концентрации 10^-5М в водном растворе. 2,4,6-Трибромфенол взаимодействует еще с одним молем брома с образованием 2,4,4,6-тетрабромциклогекса-2,5-диенона, окрашенного в желтый цвет.

При обработке продукта этой реакции раствором гидросульфита натрия или другого слабого восстановителя он легко превращается в исходный 2,4,6-трибромфенол.  При бромировании фенола в растворе бромистоводородной кислоты диссоциация полностью подавляется и галогенированию подвергается сам фенол. При этом в зависимости от условий и количества галогена может быть получен п-бромфенол или 2,4-дибромфенол.

Аналогичным образом протекает хлорирование фенола хлором в соляной кислоте, но здесь получается значительное количество о-хлорфенола. Моногалогензамещенные производные фенолов удобно получать при галогенировании в неполярной среде, что также исключает диссоциацию фенолов.

В качестве галогенирующего агента кроме самих галогенов можно использовать комплексы галогенов с диоксаном, ДМФА.

Во всех случаях соотношение пара/орто-изомеров при бромировании и иодировании значительно выше, чем при хлорировании.

Нитрование

Нитрование фенолов разбавленной 20-25%-ной азотной кислотой приводит к получению смеси орто- и пара-нитрофенолов.

Даже в таких мягких условиях нитрование сопровождается окислением фенола и этот процесс становится доминирующим, если для нитрования использовать концентрированную азотную кислоту. Поэтому для получения 2,4,6-тринитрофенола (пикриновой кислоты) используют видоизмененный способ нитрования. Фенол первоначально сульфируют до 4-гидрокси-1,3-бензолдисульфокислоты, а затем нитруют азотной кислотой.

Вторая стадия по существу представляет собой электрофильное ипсо-замещение сульфогруппы на нитрогруппу.  Для нитрования фенолов в качестве нитрующего агента кроме азотной кислоты можно использовать ацетилнитрат и N₂O₄. Эти реагенты способствуют преимущественному нитрованию в орто-положение к гидроксильной группе.

Сульфирование

Моносульфирование фенола серной кислотой приводит к образованию смеси орто- и пара-изомеров гидроксибензолсульфоксилоты. При 20^оС в реакционной смеси содержится 49% орто-изомера и 51% пара-изомера, тогда как при 120^оС доля пара-изомера возрастает до 96%.

Изменение в соотношении продуктов сульфирования обусловлено обратимостью реакций, когда в равновесии преобладает термодинамически более стабильный пара-изомер. Сульфирование в орто-положение протекает с большей скоростью, но орто-гидроксибензолсульфокислота легко гидролизуется на исходные реагенты в отличие от пара-изомера, для которого скорость гидролиза мала.

Нитрозирование

Нитрозирование фенолов осуществляется с помощью азотистой кислоты в воде или уксусной кислоте. Эта реакция отличается очень высокой региоселективностью и замещение идет в пара-положение к гидроксильной группе. Типичное распределение орто- и пара-изомеров при нитрозировании можно проиллюстрировать на примере самого фенола.

Алкилирование и ацилирование по Фриделю-Крафтсу

Так как фенолы взаимодействуют с галогенидами алюминия и другими кислотами Льюиса с образованием солей типа ArOAlCl₂, прямое их алкилирование в условиях реакции Фриделя-Крафтса провести не удается. Фенолы алкилируют алкенами и спиртами в условиях кислотного катализа. В качестве катализаторов предпочитают использовать серную, фтористоводородную, фосфорную кислоты или катиониты КУ-2 и другие катионообменные смолы. Таким образом, из крезола и изобутилена в промышленности получают пространственно затрудненный фенол - 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (ионол), который широко применяется для стабилизации полимеров.

Аналогично из фенола и изопропилового спирта получается 2,4,6-триизопропилфенол.

Ацилирование фенолов в классических условиях реакции Фриделя-Крафтса комплексом ацилгалогенида и хлорида алюминия приводит к неудовлетворительным результатам, так как ацилированию подвергается гидроксильная группа фенола. Более эффективна такая модификация этого метода, когда в качестве ацилирующего агента используется комплекс карбоновой кислоты и трехфтористого бора. Ацильная группа при этом вводится практически исключительно в пара-положение бензольного кольца. Так, например, фенол при взаимодействии с комплексом уксусной кислоты и BF₃ дает пара-гидроксиацетофенон с 95%-ным выходом.

Наиболее общий метод получения гидроксикетонов ароматического ряда основан на перегруппировке Фриса. Ариловые эфиры карбоновых кислот при нагревании с AlCl₃ или AlBr₃ перегруппировываются в изомерные орто- и пара-гидроксикетоны.

Соотношение орто- и пара-изомеров зависит главным образом от температуры и растворителя. В более жестких условиях преобладает орто-гидроксикетон, а при 20-25^оС - пара-гидроксикетон.

Механизм перегруппировки Фриса, по-видимому, заключается в межмолекулярном ацилировании орто- или пара-положения бензольного кольца арилового эфира комплексом второй молекулы сложного эфира и AlCl₃ с образованием ацильного производного гидроксикетона и фенола.

Перегруппировка завершается межмолекулярным переносом ацильной группы к фенолу.

Формилирование

Формилирование – это введение группы СНО (см. лек.35). Синтетически наиболее важными являются формилирование фенолов по Вильсмейеру-Хааку и Реймеру-Тиману.

Реакция Вильсмейера-Хаака

N-Алкиламиды муравьиной кислоты - N,N-диметилформамид (ДМФА) и N-метилформамид в присутствии хлорокиси фосфора являются региоселективными формилирующими агентами. С помощью этих реагентов альдегидная группа вводится в пара-положение по отношению к ОН -группе. Эту реакцию можно также рассматривать как ацилирование, где роль катализатора (кислоты Льюиса) выполняют хлорокись фосфора (POCl₃). Наиболее эффективна система ДМФА-POCl₃, в которой ДМФА служит и реагентом, и растворителем. Электрофильным агентом в реакции Вильсмейера-Хаака является иминиевая соль, которая образуется при взаимодействии ДМФА и хлорокиси фосфора.

Иминиевая соль при необходимости может быть выделена в индивидуальном виде, однако обычно ее не выделяют и используют непосредственно после ее образования.

Реакция Вильсмейера-Хаака чрезвычайно проста в экспериментальном отношении и обеспечивает очень высокие выходы ароматических гидроксиальдегидов.

Реакция Реймера-Тимана

Формилирование фенолов по Реймеру-Тиману достигается при нагревании смеси фенола и большого избытка хлороформа с водным раствором гидроксида натрия при 50-70^оС. Выходы альдегидов обычно невелики и редко превышают 30%, однако метод исключительно прост и доступен в практическом отношении. Главное достоинство реакции Реймера-Тимана заключается в преимущественном образовании орто-, а не пара-изомеров, как это имеет место в реакции Вильсмейера-Хаака.

Механизм включает образование дихлоркарбена как интермедиата. Дихлоркарбен :CCl₂ выполняет роль электрофильного агента по отношению к феноксид-иону, образующемуся в щелочной среде. Предполагаемый механизм реакции Реймера-Тимана может быть представлен следующей последовательностью превращений:

Реакция протекает только в сильно щелочной среде при наличии фенольного гидроксила, тогда как простые эфиры фенолов и диалкиланилины не формилируются в этих условиях.

Карбоксилирование феноксид-ионов (реакция Кольбе)

Будучи сильными нуклеофилами феноксид-анионы способны взаимодействовать с таким слабым электрофильным реагентом как оксид углерода (IV). При нагревании сухих фенолятов натрия или лития с СО₂ при повышенном давлении, образуются натриевые или литиевые соли салициловой кислоты.

В аналогичных условиях из фенолятов калия, рубидия и цезия получаются только соли пара-гидроксибензойной кислоты.

Такое различие в направлении карбоксилирования Na- и К-солей фенола принято объяснять различием в хелатообразовании этих двух катионов с атомом кислорода CO₂ в переходном состоянии реакции, приводящем к салициловой кислоте. Катионы натрия и, особенно, лития значительно более эффективны по сравнению с катионом калия в способности к образованию координационной связи с атомом кислорода.

Предполагается, что для фенолятов калия, рубидия и цезия электрофильная атака осуществляется исключительно в пара-положение без какой-либо координации катиона по атому кислорода.

В отличие от одноатомных фенолов двухатомные и трехатомные фенолы карбоксилируются в более мягких условиях. Так, резорцин карбоксилируется при пропускании СО₂ в водный раствор его дикалиевой соли при 50^оС. При этом образуется 2,4-дигидроксибензойная кислота.

Конденсация с альдегидами и кетонами

Фенолы реагируют с формальдегидом в водном растворе в присутствии основания с образованием полимерного продукта, получившего название феноло-формальдегидной смолы, карболита или бакелита.

Взаимодействие феноксид-иона с формальдегидом напоминает альдольную конденсацию с той лишь разницей, что роль нуклеофильного агента вместо енолят-иона выполняет амбидентный феноксид-ион, а карбонильной компонентой является формальдегид.

Подобно альдолям, орто- и пара-изомеры гидроксиметилфенола подвергаются дегидратации с образованием хинонметидов - соединений, родственных орто- и пара-хинонам.

Последующее присоединение феноксид-иона к хинонметиду представляет собой присоединение амбидентного аниона к  , -непредельному кетону по Михаэлю.

В результате дальнейшей поликонденсации в орто- и пара-положение к гидроксигруппе фенола получается трехмерная структура конечного продукта - бакелита. Бакелит представляет собой прозрачную смолу, в которой линейные звенья связаны "поперечными" связями впара-положениях.

Фенол конденсируется с ацетоном в кислой среде с образованием так называемого бисфенола А.

Получено много подобных продуктов конденсации фенолов с кетонами. Они находят применение в качестве антиоксидантов и мономеров для получения эпоксидных смол.

Окисление

Окисление фенолов относится к числу сложных, многостадийных процессов, приводящих к продуктам разного строения. Механизм окисления может сильно меняться в зависимости от строения фенола и природы одно- или двухэлектронного окислителя. Механизм окисления включает стадию образования стабилизированных резонансом ароксильных радикалов.

Направление дальнейших превращений зависит от характера заместителей в ароматическом кольце. При окислении большинства фенолов образуется несколько различных форм димеров в результате образования новых связей С-С между орто-орто, орто-пара- и пара-пара-положениями ароксильных радикалов, а также новых С-О связей между атомом кислорода одного радикала и орто- или пара-положением другой радикальной частицы. Всего, таким образом, образуется потенциально не менее пяти различных типов димеров, которые находится в равновесии с исходным ароксильным радикалом. Например, для монозамещенного фенола:

Димеры, возникающие в результате рекомбинации радикалов с образованием новой С-С связи, называются хинолидами. Хинолиды далее изомеризуются с образованием изомерных дигидроксибифенилов. Другой тип димеров, содержащих центральную связь С-О, носит название хиноловыхэфиров.

Ароксильные радикалы пространственно затрудненных фенолов, содержащие в обоих орто- и пара-положении третичные алкильные группы, мономерны и не проявляют тенденции к образованию димеров в растворе. Например, при окислении 2,4,6-три-трет-бутилфенола гексацианоферратом(III) калия K₃Fe(CN)₆ в бинарной системе бензол-вода в инертной атмосфере образуется устойчивый радикал одновалентного кислорода - три-трет-бутилфеноксил, окрашенный в синий цвет.

Этот радикал находится в мономерной форме в 0,1 молярном растворе в бензоле или эфире, а также в кристаллическом состоянии. Он очень чувствителен к действию кислорода воздуха, оксида азота (IY), оксида азота (II) и других радикальных частиц. Стабильность ароксильных радикалов пространственно затрудненых фенолов обусловливает их антиокислительные свойства. Они выполняют роль ловушек свободных радикалов в процессах пероксидного окисления. Активный свободный радикал, ведущий цепь окисления, быстро взаимодействует с таким фенолом, давая устойчивый ароксильный радикал, что приводит к обрыву цепи.

ArOH + RO₂^ ArO^ + ROOH

Пространственно затрудненные фенолы (ионол, гальваноксил) используют как антиоксиданты, стабилизирующие синтетические каучуки, пищевые жиры, витамины и др.

Лекция №30

ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ

План

1. Классификация и номенклатура простых эфиров.

2. Способы получения диалкиловых эфиров, их физические и химические свойства.

3. Циклические эфиры.

4. Оксираны и краун – эфиры.

Простые эфиры можно рассматривать как производные спиртов, в которых атом водорода гидроксильной группы замещен на углеводородный радикал.

По характеру атомов углерода, связанных с кислородным атомом, простые эфиры можно подразделить на следующие типы:

1. Эфиры, содержащие связи С(sp3)O.

К ним относятся эфиры структуры ROR^/и циклические эфиры.

2. Эфиры содержащие связь С(sp2)O

К ним относятся

• алкилалкениловые (виниловые) эфиры

• диалкениловые эфиры

• алкилариловые эфиры

• диариловые эфиры

3. Эфиры, содержащие связь С(sp)O

RC C-OR^/

Диалкиловые эфиры

Диалкиловые эфиры являются наиболее важными представителями класса простых эфиров. Их эмпирическая формула С_nH_{2n + 2}O или С_nH_{2n + 1}OC_mH_{2m + 1}.

Изомерия и номенклатура

Наименование диалкиловых эфиров по рациональной номенклатуре образуют путем перечисления заместителей и прибавления слова "эфир".

Номенклатура IUPAC рассматривает эфир как производное углеводорода, замещенного на алкоксигруппу, причем в основе названия лежит наиболее длинная углеводородная цепь.

    

Способы получения диалкиловых эфиров

1. Синтез Вильямсона.

Можно видеть, что этот способ удобен для получения несимметричных эфиров.   

2. Межмолекулярная дегидратация спиртов.

Реакция эффективна при получении симметричных эфиров. Следует иметь в виду, что при повышении температуры будет прогрессировать реакция нуклефильного отщепления, особенно если обьектом дегидратации являются разветвленные спирты (вторичные и третичные)   

3. Алкилирование спиртов алкенами.

Функция кислоты – катализатора заключается в генерировании карбкатионов, которые эффективно атакуются нуклеофилом – спиртом:

Эффективность реакции определяется стабильностью карбкатиона, поэтому соблюдается следующий ряд реакционной способности алкенов.

4. Алкоксимеркурирование алкенов.

или суммарно

    

Физические свойства и строение

Простые эфиры являются бесцветными жидкостями (кроме диметилового эфира) со своеобразным запахом и низкими температурами кипения, что свидетельствует о слабом межмолекулярном взаимодействии. Это является показателем низкой полярности диалкиловых эфиров и отсутствия (в отличие от спиртов) предпосылок для образования водородных связей. В отличие от спиртов эфиры обладают более сильными электронодонорными свойствами, о чем свидетельствует значение потенциалов ионизации. Увеличение электронодонорных свойств обьясняется положительным индуктивным эффектом алкильных групп. Валентный угол приближается к тетраэдрическому и равен109–112⁰.

Химические свойства

1. Основность

 

 

Основность простых эфиров проявляется в их взаимодействии с кислотами Бренстеда и Льюиса. С Бренстедовскими кислотами умеренной силы взаимодействие осуществляется посредством водородной связи.

В случае сильных Бренстедовских кислот происходит протонирование эфиров и образование оксониевых кислот.

Простые эфиры – слабые основания и начинают протонироваться в ощутимых количествах в растворе 30 - 40%-ной серной кислоты.

С кислотами Льюиса диалкиловые эфиры образуют стабильные продукты присоединения – эфираты.

В этих соединениях образуется донорно–акцепторная связь за счет неподеленной пары атома кислорода.

Способность простых эфиров сольватировать катионы различных металлов имеет исключительное значение для получения металоорганических соединений в растворах диалкиловых эфиров или тетрагидрофурана.   

2. Реакции при  - углеродном атоме диалкиловых эфиров.

 

       

Простые эфиры могут вступать в реакции свободнорадикального хлорирования и автоокисления, причем обьектом этих реакций является  - углеродный атом эфиров.

Основанием для такого направления является стабильность  - алкилалкоксирадикалов,

обуслoвливающая энергетическую выгодность реакции инициирования (в случае автоокисления) и развития цепей (в случае автоокисления и хлорирования)

    

где Х. – радикал цепи при хлорировании (Cl.) и автоокислении

Образующиеся в результате автоокисления гидропероксиды являются взрывчатыми веществами. Они могут образовываться в эфирах при хранении в условиях доступа воздуха и в прозрачных бутылках. Поэтому эфиры после длительного хранения перед употреблением подлежат обработке с целью разрушения гидропероксидов.   

3. Реакции расщепления С  О – связи

Эфиры расщепляются под действием сильных кислот, например, иодоводородной, бромоводородной, суперкислот:

При действии суперкислот на эфиры при низких температуах генерируются карбкатионы, которые могут претерпевать различные перегруппировки и распад до алкенов.

При этом легче расщепляются простые эфиры, которые содержат разветвленные группы, так как в результате протонирования образуются более устойчивые карбкатионы.

Алкилвиниловые эфиры.

Методы получения

1. Винилирование спиртов

 

2. Дегидрогалогенирование  - галогендиалкиловых эфиров

Химические свойства алкилвиниловых эфиров

Основными реакциями алкилвиниловых эфиров являются:

1. Электрофильное присоединение

Можно показать, что порядок присоединения HНal и других протонных кислот определяется стабильностью промежуточных карбкатионов.   

2. Полимеризация

 Эти реакции могут осуществляться по свободнорадикальному или карбкатионному механизмам. В первом случае в качестве инициаторов используют органические пероксиды или азобисизобутилонитрил, во втором - реакции катализируются протонными кислотами, причем во избежание электрофильного присоединения кислоты - катализатора НХ к двойной связи, кислоте должен соответствовать слабый нуклефил Х.

Циклические эфиры

Циклические эфиры – производные алкандиолов, в которых эфирная связь образована внутримолекулярно.

Циклические эфиры подразделяются на несколько групп в зависимости от величины цикла и числа кислородных атомов в цикле. Их часто называют оксидами.

В этом плане различают:

    

Эпоксиды (оксираны)

Основу названия этих соединений составляет наименование углеводорода, а на присутствие кислородного мостика указывает приставка "эпокси". Для простейших соединений сохраняется название этиленоксид и пропиленоксид. Используется также номенклатура гетероциклических соединений "оксираны". Например,

Методы получения

1. Дегидрогалогенирование галогеналканолов (галогенгидринов)

2. Окисление (эпоксидирование) алкенов (реакция Прилежаева)

В качестве катализаторов используют кислые соли вольфрамовой кислоты (Н₂О₂) и соединений молибдена (ROOH). Реакцию можно осуществлять некаталитически, если в качестве эпоксидирующего агента использовать органические надкислоты.

Первый член гомологического ряда этиленоксид, в промышленности получают парофазным окислением кислородом или воздухом.

Химические свойства

Химическое поведение оксиранов определяется тремя факторами: поляризацией связей С  О с образованием частичного положительного заряда на углероде оксидного цикла, электронодонорными свойствами атома кислорода и напряженностью оксидного цикла. Поэтому наиболее характерными реакциями оксиранов являются реакции нуклеофильного присоединения по положительно заряженному углероду цикла, сопровождающиеся разрывом связи С О цикла, облегчаемым протонированием кислородного атома под действием протонодонорного агента.

Совместное действие этих факторов отчетливо проявляется в некаталитической реакции этиленоксида с водой

или суммарно:

Эта реакция протекает медленно, поскольку вода является слабым протонодонорным агентом. Для ускорения этой реакции необходимо использовать высокую температуру и давление.

Другие более сильные нуклеофилы (NH₃, RNH₂, RMgX) реагируют более легко.

Приведенные реакции имеют важное препаративное и промышленное значение. Получаемый гидратацией этилена этиленгликоль являются антифризом и исходным веществом для синтеза лавсана, этаноламины используются в качестве абсорбентов для извлечения кислых примесей из газов. Оксиэтилирование реактивов Гриньяра – важный способ увеличения длины углеродной цепи органических соединений на два углеродных атома.

Если в реакциях нуклеофильного замещения оксиранов участвуют нуклеофилы HNu, обладающие слабой нуклефильной активностью и слабой кислотностью (H2O, H2S, RSN), то для эффективного проведения этих реакций используют кислотный или основной катализ. Например, кислотно–каталитическая реакция со спиртами связана с эффективным протонированием оксирана, приводящим к увеличению положительного заряда на его углеродных атомах и делающим атаку нуклеофила более эффективной:

Или суммарно

Образующиеся в этих реакциях целлозольвы и карбитолы – универсальные растворители.

При основном катализе под действием основания продуцируется более эффективный нуклеофил, например, в реакциях с ROH, RSH, H2S, HCN, эффективно атакующий углеродный атом оксиранового цикла:

или суммарно:

Краун – эфиры

Краун-эфиры - макроциклические полиэфиры с четырьмя и более кислородными атомами в цикле. В большинстве случаев они являются производными этиленгликоля. В названии соединений цифра в квадратных скобках указывает число атомов в макроцикле, а вторая - число кислородных атомов.

Краун - эфиры получают по реакции Вильямсона из соответствующих гликолятов и дигалогеналканов:

или галогенов  ,  ’ – дигалогеналкиловых эфиров.

Самое важное свойство краун–эфиров – образование комплексов с катионами металлов.

Ион металла находится в полости макроцикла и прочно удерживается благодаря донорно–акцепторным связям кислород – металл, причем чем ближе ионный диаметр металла к диаметру полости, тем устойчивее комплекс.

Краун – эфиры используют для улучшения растворимости неорганических солей в органических растворителях, в качестве межфазных катализаторов, для генерирования несольватированных анионов в неорганических растворителях. Благодаря этому можно ускорить реакцию нуклеофильного замещения этими анионами. Соединения типа краун – эфиров играют большую роль в биологических системах – они осуществляют транспорт ионов через биологические мембраны

50