醇、醚、环氧化合物与硫醇
环氧化物开环(epoxide ring opening)
开环正是环氧化物存在的意义。亲核试剂进攻某个张力大的环碳,那一侧的 C-O 键断裂,三元环弹开成链——释放了环张力,并在原来氧的位置留下一个新的 -OH。结果是一个分子:一个碳上带着进来的亲核试剂,相邻碳上带着 -OH,即两个官能团呈 1,2-(邻位)排列。
精妙之处在于:环氧化物在碱性或酸性条件下都能开环,而这两条路径进攻不同的碳。在碱性(或中性)条件下,强亲核试剂以类 SN2 的方式直接进攻受阻较小的碳(带烷基较少的那个),因为那个碳更容易够到——是位阻说了算。在酸性条件下,氧先被质子化;这会拉长并削弱 C-O 键,并在取代度较高的碳(更能承受正电荷的那个)上积累部分正电荷,于是亲核试剂反而被吸引到更受阻的碳。同一个分子,因条件不同而呈相反的区域化学。
无论哪条路,对碳的进攻都是背面(类 SN2)的,所以立体化学很干净:亲核试剂与 -OH 最终处于反式(异面,trans),且若进攻一个立体中心则使其翻转。这种可预测的区域化学加上可靠的反式立体化学,使环氧开环成为有控制地构筑两个相邻官能团的得力工具——在一个规规矩矩的步骤里装上两个新键。
一个不对称环氧化物被甲氧负离子(碱)打开时,进攻发生在受阻较小的碳;同一个环氧化物在酸性甲醇中则在取代度较高的碳上被进攻。无论哪种,亲核试剂与新 -OH 最终都呈反式(anti)。
碱进攻受阻较小的碳;酸进攻取代度较高的碳——区域化学相反。
区域化学随条件翻转:碱进攻取代度较低的碳(位阻),酸进攻取代度较高的碳(那里正电荷更稳定)。这一反转是考试的常考点——也是常见的混淆来源。
又称
另见