# Epossidi

| La struttura del gruppo epossido in (blu). | Ossido di etilene (ossirano) |
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$_1$R$_2$C(O)CR$_3$R$_4$ 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 |
| CH$_2$(O)CH$_2$ | 1,2-epossietano | ossirano | ossido di etilene |
| CH$_3$CH(O)CH$_2$ | 1,2-epossipropano | metilossirano | ossido di propilene |
| CH$_2$CH$_2$(O)CH$_2$ | 1,3-epossipropano | ossetano | ossido di trimetilene |
| CH$_2$(O)CHCH$_2$CH$_3$ | 1,2-epossibutano | etilossirano | ossido di etil-etilene |
| CH$_3$CH(O)CHCH$_3$ | 2,3-epossibutano | 2,3-dimetilossirano | ossido di 2,3-butilene |
| (CH$_3$)$_2$C(O)CH$_2$ | 1,2-epossi 2-metilpropano | 1,1-dimetilossirano | ossido di isobutilene |
| CH$_3$CHCH$_2$(O)CH$_2$ | 1,3-epossisobutano | 3-metilossetano | ossido di 1,3-isobutilene |
| CH$_3$CH(O)CH$_2$CH$_2$ | 1,3-epossibutano | 2-metilossetano | ossido di 1,3-butilene |
| CH$_2$CH$_2$(O)CH$_2$CH$_2$ | 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$_2$CO$_3$
* 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$_N$2 con apertura d'anello che è praticamente impossibile con eteri non in tensione.
* Apertura dell'anello mediante catalisi acida:
Il prodotto dell'apertura dell'anello mediante catalisi acida per l'ossido di etilene è il glicole etilenico, prodotto interessante per utilizzi di vario genere.
* Riduzione:
La riduzione di un epossido con tetraidroalluminato di litio o idruro di alluminio produce l'alcool corrispondente. L'attacco nucleofilo dell'idruro (H$^−$) 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. |
| 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.