Odpiranje obroča in mehanizem epoksidnih spojin

Epoksidi lahko reagirajo z različnimi reagenti, da odprejo obroč pod kislinsko ali bazično katalizo. Če vzamemo za primer etilen oksid, je njegova glavna reakcija naslednja:
Šteje se, da se zgornja reakcija odpiranja obroča izvaja v skladu z mehanizmom SN2. Zdaj vzemite reakcijo hidrolize kot primer za ponazoritev mehanizma reakcije odpiranja obroča pri kisli ali bazični katalizi.
V kislih pogojih se kisik najprej protonira, kar poveča polarnost vezi ogljik-kisik in je ugodno za napad nukleofila. Nukleofil napade iz nasprotne smeri obroča, da dobi ustrezen produkt odprtja trans-obroča.
V alkalnih pogojih, čeprav oksiran ni najbolj aktivna oblika, je nukleofilna sposobnost nukleofila močna, prav tako bo prišlo do reakcije odpiranja obroča, pridobljen pa bo tudi produkt odpiranja trans-obroča. Vendar splošni etri ne prestanejo te reakcije v alkalnih pogojih.
Smer reakcije odpiranja obroča
Ko so simetrični epoksidi podvrženi reakcijam odpiranja obroča, ne glede na to, kateri ogljikov atom napade nukleofil, je nastali produkt enak. Ko pa so asimetrični epoksidi podvrženi reakcijam odpiranja obroča, lahko dobimo dva produkta. Kateri od obeh produktov prevladuje, je problem smeri reakcije odpiranja obroča.
V alkalnih pogojih nukleofili napadejo ogljikov atom z manj steričnih ovir (ogljikov atom z najmanj substituenti).
Na primer:
V kislih pogojih nukleofili ob odprtju obroča napadejo predvsem ogljikov atom z več substituenti. Na primer:
Pri kislinski katalizi, ker ima protonirana epoksi spojina večjo aktivnost in boljše odhodne skupine, nukleofilna sposobnost uporabljenega reagenta pa je šibkejša; zato je prekinitev CC vezi v reakciji pred nastankom vezi med nukleofilom in obročnim ogljikovim atomom, zaradi česar ima reakcija SN2 lastnosti SN1. Ko je na obročni ogljikov atom z delnim pozitivnim nabojem pritrjenih več substituentov (običajno alkil), lahko obročni ogljikov atom sprejme več pozitivnih nabojev, tako da nukleofil prednostno napade obročni ogljikov atom z več substituenti.