Ringåpning og mekanisme for epoksyforbindelser

Epoksider kan reagere med en rekke reagenser for å åpne ringen under syre- eller basekatalyse. Med etylenoksid som eksempel, er hovedreaksjonen som følger:
Ovennevnte ringåpningsreaksjon anses å være utført i henhold til SN2-mekanismen. Ta nå hydrolysereaksjonen som et eksempel for å illustrere mekanismen til ringåpningsreaksjonen under syre- eller basekatalyse.
Under sure forhold protoneres først oksygen, noe som øker polariteten til karbon-oksygenbindingen og bidrar til angrepet av nukleofilen. Nukleofilen angriper fra motsatt retning av ringen for å oppnå det tilsvarende trans-ring-åpningsproduktet.
Under alkaliske forhold, selv om oksiran ikke er den mest aktive formen, er nukleofilens nukleofile evne sterk, og ringåpningsreaksjonen vil også forekomme, og trans-ringåpningsproduktet vil også bli oppnådd. Imidlertid gjennomgår generelle etere ikke denne reaksjonen under alkaliske betingelser.
Retning av ringåpningsreaksjon
Når symmetriske epoksider gjennomgår ringåpningsreaksjoner, uansett hvilket karbonatom nukleofilen angriper, er det resulterende produktet det samme. Imidlertid, når asymmetriske epoksider gjennomgår ringåpningsreaksjoner, kan to produkter oppnås. Hvilket av de to produktene som er dominerende, er det et problem med retningen til ringåpningsreaksjonen.
Under alkaliske forhold angriper nukleofiler karbonatomet med mindre sterisk hindring (karbonatomet med færrest substituenter).
For eksempel:
Under sure forhold, når ringen åpnes, angriper nukleofiler hovedsakelig karbonatomet med flere substituenter. For eksempel:
Under syrekatalyse, siden den protonerte epoksyforbindelsen har høyere aktivitet og bedre utgående grupper, og den nukleofile evnen til reagenset som brukes er svakere; derfor går bruddet av CC-bindingen i reaksjonen før dannelsen av bindingen mellom nukleofilen og ringkarbonatomet, noe som gjør at SN2-reaksjonen har egenskapene til SN1. Når det er flere substituenter (vanligvis alkyl) festet til ringkarbonatomet med delvis positiv ladning, kan ringkarbonatomet romme flere positive ladninger, så nukleofilen angriper fortrinnsvis ringkarbonatomet med flere substituenter.