[유기화학] 18-5. 고리형 에테르: 에폭사이드 (Cyclic Ethers: Epoxides)

 

1. 고리형 에테르의 특징

• 일반적인 고리형 에테르
  • Tetrahydrofuran(THF)이나 1,4-Dioxane과 같은 화합물은 사슬형 에테르와 유사하게 반응성이 낮아 용매로 자주 사용됨.
  • 강한 산에 의해 분해될 수 있음.
• 에폭사이드 (Epoxides 또는 Oxiranes)
  • 산소를 포함한 3원환 고리 화합물임.
  • 3원환 특유의 강한 고리 스트레인(Ring strain) 때문에 일반적인 에테르와 달리 화학적 반응성이 매우 큼.

 

2. 에폭사이드의 산업적 합성 및 실험실 합성

• 산업적 합성: Ethylene oxide 합성
  • 에틸렌(Ethylene)을 은(Ag) 촉매 하에 300도에서 공기 산화시켜 제조함.
  • 부동액 성분인 ethylene glycol이나 폴리에스테르 폴리머 제조의 중간체로 사용됨.
  • 연간 약 2,400만 톤이 생산되는 중요한 산업 공정임.
• 실험실 합성: 페록시산 또는 hylohydrin 사용
• 페록시산(Peroxyacid) 이용: 알켄을 peroxyacid(RCO3H)와 반응시켜 직접 에폭사이드를 얻음.
  • 주로 m-chloroperoxybenzoic acid(mCPBA)가 시약으로 사용됨.
  • 예: Cycloheptene + mCPBA → 1,2-Epoxycycloheptane

• Halohydrin으로부터의 합성: 알켄에 HO-X를 첨가하여 halohydrin을 먼저 형성함.
  • 여기에 염기(NaOH 등)를 처리하면 분자 내 Williamson 에테르 합성이 일어나 에폭사이드가 형성됨.
  • 알콕시드 이온이 같은 분자 내의 친전자성 할로젠화 알킬 부위를 공격하여 고리를 닫는 원리임.
  • 예: Cyclohexene + 1) Cl2/H2O 2) NaOH/H2O → 1,2-epoxy-cyclohexane

 

Problem 18-11. Reaction of cis-2-butene with m-chloroperoxybenzoic acid yields an epoxide different from that obtained by reaction of the trans isomer. Explain.

Answer.

에폭사이드화 반응은 입체 특이적(Stereospecific)인 syn-첨가 반응이기 때문임. cis-2-butene으로부터는 cis-2,3-epoxybutane(meso 화합물)이 생성되고, trans-2-butene으로부터는 trans-2,3-epoxybutane(거울상 이성질체 혼합물)이 생성됨.