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一般的醚是较稳定的化合物,故常用作溶剂。醚对碱很稳定,例如,醚与氢氧化钠水溶液、醇钠的醇溶液以及氨基钠的液氨溶液都无反应。但环氧乙烷这类化合物和一般醚完全不同,它不仅可与酸反应,而且反应条件温和、速度快,同时还能与不同的碱反应。原因是它的三元环结构使各原子的轨道不能正面充分重叠,而是以弯曲键相互连结,由于这种关系,分子中存在一种张力,极易与多种试剂反应,把环打开,在有机合成中非常有用,通过它可以合成多种化合物。
1.酸催化的开环反应
酸催化开环反应所用的试剂是亲核能力较弱的,需要酸来帮助开环,酸的作用是使环氧化物的氧原子质子化,氧上带有正电荷,需要向相邻的环碳原子吸引电子,这样削弱了C—O键,并使环碳原子带有部分正电荷,增加了与亲核试剂结合能力,亲核试剂就向C—O键的碳原子的背后进攻,发生了SN2反应医学教育|网。在酸性条件下,亲核试剂进攻取代基较多的环碳原子,这个环碳原子的C—O键断裂,因为这个环碳原子由于取代基(一般为烷基)给电子效应使正电荷分散而稳定。
乙硼烷与环氧化物开环反应也是酸催化开环,乙硼烷可以看作是甲硼烷的二聚体,硼外层6电子构型,可以与环氧化物中的氧络合,其作用与质子酸类似,因此硼烷中的负氢转移到取代基较多的环碳原子上。
2.碱性开环反应
碱催化开环主要是试剂活泼,亲核能力强,环氧化合物上没有带正电荷或负电荷,这是一个SN2反应,C—O键的断裂与亲核试剂和环碳原子之间键的形成几乎同时进行,这时试剂选择进攻取代基较少的环碳原子,因为这个碳的空间位阻较小。