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11.9 : Herstellung von Epoxiden

Überblick

Epoxide entstehen durch Alkenoxidation, die durch a) Luft, b) Peroxysäuren, c) hypochlorige Säuren und d) Halohydrincyclisierung erreicht werden kann.

Epoxidierung mit Peroxysäuren

Bei der Epoxidierung von Alkenen durch Oxidation mit Peroxysäuren erfolgt die Umwandlung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in ein Epoxid unter Verwendung des Oxidationsmittels Metachlorperoxybenzoesäure, allgemein bekannt als MCPBA. Da die O-O-Bindung von Peroxysäuren sehr schwach ist, erfolgt die Addition von elektrophilem Sauerstoff von Peroxysäuren an Alkene problemlos und folgt damit der syn-Addition. Daher werden die Epoxide unter Beibehaltung der Alkenkonfiguration hergestellt.

Epoxidierung durch Luftoxidation

Obwohl die peroxyvermittelte Epoxidierung die gebräuchlichste Methode zur Alkenoxidation ist, wird Ethylenoxid im industriellen Maßstab durch Luftoxidation synthetisiert, indem eine Mischung aus Ethylen und Luft in Gegenwart eines Silberkatalysators behandelt wird.

Cyclisierung von Halohydrinen

Die Cyclisierung von Halohydrinen von Alkenen in Gegenwart einer Base führt ebenfalls zu Epoxiden, und die Reaktion folgt dem S_N2-Substitutionsmechanismus. Daher müssen das Nukleophil – das Sauerstoffanion – und die Abgangsgruppe – das Chloridion – im Übergangszustand anti-zueinander ausgerichtet sein, um die Halohydrin-Cyclisierung möglich zu machen.

Figure1

Bei nichtzyklischen Halohydrinen wird diese Antibeziehung durch eine Innenrotation erreicht. Beispielsweise sind in 1-Chlor-2-methyl-2-propanol, wie in Abbildung 1 dargestellt, die Hydroxyl- und die Chlorgruppe nicht gegeneinander ausgerichtet. Um die Anti-Beziehung zu erreichen, durchläuft die kohlenstoffhaltige Chlorgruppe eine Innenrotation, wodurch der nukleophile Angriff – von der Rückseite der C-X-Bindung – und die Abspaltung der Abgangsgruppe möglich werden. Somit behalten auch die durch Halohydrin-Cyclisierung gebildeten Epoxide die Alkenkonfiguration bei.

Ebenso müssen die zyklischen Halohydrine Konformationsänderungen durchlaufen, um die Anti-Beziehung zu erreichen. Beispielsweise durchläuft das in Abbildung 2 gezeigte Halohydrin von Cyclohexan eine Konformationsänderung von diquatorialer zu diaxialer Form, um erfolgreich ein Epoxid zu bilden.

Figure2

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EpoxidesAlkene OxidationPeroxy AcidsMCPBAAir OxidationHalohydrin CyclizationSN2 SubstitutionConformational Changes

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