環氧乙烷（Ethylene oxide）(V)

Posted on 2011/07/25 in 化學, 原子、分子、離子, 物質組成 with 尚無留言 4,726 views

環氧乙烷（Ethylene oxide）(V)
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

熱分解（Thermal decomposition）
環氧乙烷在無催化劑的情況下是相當安定的，加熱的溫度不超過300℃時不會分解，溫度高於570℃時主要是進行自由基反應機構的放熱分解反應。分解的第一階段為異構化，然而高溫使自由基的流程加快。產生許多混合的氣體產物如：乙醛、乙烷、乙基、甲烷、氫、二氧化碳、乙烯酮（ketene）和甲醛等。在惰性氣體下進行高壓高溫（830~1200℃）熱裂解會產生更複雜的產物，但仍含有乙炔及丙烷。與異構化不同其起始的反應如下：
(CH₂CH₂)O → •CH₂CH₂O• → CH₂O + CH₂:₂CH₂)O + (NH₂)₂C=S → (CH₂CH₂)S + (NH₂)₂C=O

當環氧乙烷的熱分解反應在有過渡金屬的催化條件下，不僅反應溫度可以降低也可得到以乙基為主的產物。

其他反應
硫氰離子（Thiocyanate）或硫脲（thiourea）可將環氧乙烷轉變成環硫乙烯（thiiranes）(ethylene sulfides)：
(CH

環氧乙烷與五氯化磷反應生成二氯乙烷：
(CH₂CH₂)O + PCl₅ → Cl–CH₂CH₂–Cl + POCl₃
其他環氧乙烷的二氯衍生物可用硫醯氯（sulfuryl chloride）－吡啶與三苯基膦（triphenylphosphine）－四氯化碳等試劑而製得。

環氧乙烷與三氯化磷反應生成氯乙基亞磷酸酯（chloroethyl esters of phosphorous acid）
(CH₂CH₂)O + PCl₃ → Cl–CH₂CH₂–OPCl₂
2 (CH₂CH₂)O + PCl₃ → (Cl–CH₂CH₂–O)₂PCl
3 (CH₂CH₂)O + PCl₃ → Cl–CH₂CH₂–O)₃P

環氧乙烷與乙醯氯及碘化鈉反應生成碘乙基醚：
(CH₂CH₂)O + RCOCl + NaI → RC(O)–OCH₂CH₂–I + NaCl
加熱至100℃使環氧乙烷與二氧化碳及三苯基膦－鎳（0）的非極性溶液反應則產生碳酸乙二醇（ethylene carbonate）：

在工業上有一種相似的反應，其反應條件為在高溫高壓下以四級銨鹽或磷鹽當催化劑。

甲醛在80~150℃下與環氧乙烷作用產生1,3-二氧戊烷（1,3-dioxolane）：

若用其他種類的醛與酮來取代甲醛則產生二取代的1,3-二氧戊烷（產率：70~85％）。
環氧乙烷加氫醛化（hydroformylation）可得羥基丙醛或進一步得到1,3－丙二醇（propane-1,3-diol）：₂CH₂–OH + NaOH → (CH₂CH₂)O + NaCl + H₂O

實驗室製備法（Laboratory synthesis）
乙烯與其衍生物脫氯化氫
以2-氯乙醇脫氯化氫是1859年由爾茨所提出，到目前為止仍是實驗室中最普遍製造環氧乙烷的方式。
Cl–CH

這個製備方式除了可用氫氧化鈉之外亦可用氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鋇、氫氧化鎂或鹼金與鹼土族的碳酸鹽類。

而氯乙醇可用下列方法製得：

乙二醇與氯化氫反應
HO–CH₂CH₂–OH + HCl → HO–CH₂CH₂–Cl + H₂O
乙烯與次氯酸反應
CH₂=CH₂ + HOCl → HO–CH₂CH₂–Cl
乙烯氯化
CH₂=CH₂ + Cl₂ + H₂O → HO–CH₂CH₂–Cl + HCl

另外有一個方便而古老的方法是用氯乙基乙酸酯與鹼反應：
Cl–CH₂CH₂–OCOCH₃ + 2 KOH → (CH₂CH₂)O + KCl + CH₃COOK + H₂O₃CH₂–OCl + CaO → 2 (CH₂CH₂)O + CaCl₂ + H₂O₂ + NaOH + CH₃CH₂OH → CH₃CH₂OCl + NaCl + H₂O但此方法的反應速率慢與產率低，因此無法在工業上使用。