環氧乙烷（Ethylene oxide）(III)

環氧乙烷（Ethylene oxide）(III)
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

與羧酸及其衍生物反應
環氧乙烷在催化條件下與羧酸反應產生不完整（incomplete）的乙二醇酯，但若與酸酐作用則產生完整（complete）的乙二醇酯：
(CH₂CH₂)O + CH₃COOH → HO–CH₂CH₂–OCOCH₃

(CH₂CH₂)O + (CH₃CO)₂O → CH₃COO–CH₂CH₂–OCOCH₃

與乙醯胺反應其結果也類似：
(CH₂CH₂)O + CH₃CONH₂ → HO–CH₂CH₂–NHCOCH₃

環氧乙烷在140~180℃、0.3~0.5Mpa及惰性氣體的條件下，以鹼（可用氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀等）當催化劑（濃度0.01~2％）與高碳數的羧酸反應，此時羧酸離子可當親核試劑得到下列結果：
RCOOH + OH^– → RCOO– + H₂O
(CH₂CH₂)O + RCOO^– → RCOOCH₂CH₂O^–

RCOOCH₂CH₂O– + RCOOH → RCOOCH₂CH₂OH + RCOO^–

與氨及胺反應
環氧乙烷與氨作用產生單、雙及三乙醇胺（triethanolamine）的混合物，此反應在有少量水的情況下反應很激烈：
(CH₂CH₂)O + NH₃ → HO–CH₂CH₂–NH₂
2 (CH₂CH₂)O+ NH₃→ HO–CH₂CH₂)₂NH₂
3 (CH₂CH₂)O + NH₃→ HO–CH₂CH₂)₃N

與一級或二級胺作用也有相似的反應發生：
(CH₂CH₂)O + RNH₂ → HO–CH₂CH₂–NHR

双烷基胺基乙醇能進一步與環氧乙烷反應形成胺基聚乙二醇（amino polyethylene glycols）：
n (CH₂CH₂)O + R₂NCH₂CH₂OH → R₂NCH₂CH₂O–(–CH₂CH₂O–)n–H

三甲基胺與環氧乙烷在有水的情況下反應成膽鹼（choline）：
(CH₂CH₂)O+ (CH₃)₃N + H₂O → [HOCH₂CH₂N (CH₃)₃]+OH^–

具苯環的一級或二級胺與環氧乙烷反應可得芳香胺基醇。

加鹵素原子
環氧乙烷與與氫氯酸、氫溴酸及氫碘酸作用可形成鹵醇類（halohydrins）：
(CH₂CH₂)O + HCl → HO–CH₂CH₂–Cl

這些參與反應的酸也同時會進行酸催化水合環氧乙烷的反應，因此會得到二甘醇的副產物。為了得到純度高的產物，通常將反應在氣相或有機溶劑中進行。

乙烯氟醇（Ethylene fluorohydrin）的製備較為特殊，需以沸騰的氫氟酸與含5~6％環氧乙烷的乙醚溶液反應，而乙醚中通常含1.5~2％的水，有水的存在下環氧乙烷會進行聚合反應。

鹵醇的製備也可用環氧乙烷與金屬鹵化物反應而得：
2 (CH₂CH₂)O + CuCl₂ + 2 H₂O → 2 HO–CH₂CH₂–Cl + Cu(OH)₂↓

有機金屬加成（Metalorganic addition）：
環氧乙烷與格里納試劑（Grignard reagents）反應，碳負離子進行親核取代反應，最後得到一級醇的產物。

其他有機金屬化合物也能得到類似的結果如烷基鋰（alkyl lithium）等：

加氰化氫（Addition of hydrogen cyanide）：
環氧乙烷與氰化氫反應生成乙烯氰醇。
(CH₂CH₂)O  + HCN → HO–CH2CH2–CN

在較低的溫度下（10~20℃）也可用氰化鈣來取代氰化氫進行反應：
2 (CH₂CH₂)O  + Ca(CN)2 + 2 H2O → 2 HO–CH2CH2–CN + Ca(OH)2

乙烯氰醇很容易脫水產生丙烯腈。
HO–CH₂CH₂–CN → CH₂=CH–CN + H₂O

加硫化氫與硫醇（Addition of hydrogen sulfide and mercaptans）：
環氧乙烷與硫化氫反應生成2-氫硫氫乙醇（2-mercaptoethanol）及硫二甘醇（thiodiglycol），若與烷基硫醇作用產生2-烷基氫硫氫乙醇（2-alkyl mercaptoetanol）。
(CH₂CH₂)O  + H₂S→ HO–CH₂CH₂–HS
2 (CH₂CH₂)O  + H₂S → (HO–CH₂CH₂)₂S
(CH₂CH₂)O  + RHS → HO–CH₂CH₂–SR

參考資料:
1.Ethylene_oxide。檢索日期 2011.6.5，http://en.wikipedia.org/wiki/Ethylene_oxide
2.楊思廉（1991），工業化學概論，五洲出版社，p.264~266。