Was ist eine Hydratationsreaktion?

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Der Begriff „Hydratationsreaktion“ kann sich je nach Kontext, in dem er verwendet wird, auf eine von zwei verschiedenen Arten chemischer Prozesse beziehen. Insbesondere stellt es sehr unterschiedliche chemische Reaktionen dar, je nachdem, ob man von organischer oder anorganischer Chemie spricht.

Hydratationsreaktionen in der organischen Chemie

Der Zweig der Chemie, in dem der Begriff Hydratationsreaktion am häufigsten verwendet wird, ist die organische Chemie. Unter einer Hydratationsreaktion wird dabei jede Reaktion verstanden, bei der die Elemente, aus denen das Wassermolekül besteht, an eine Mehrfachbindung oder an einen stark winklig gespannten Ring (z. B. eine Cyclopropylgruppe oder eine Epoxidgruppe ) angelagert werden. Die Reaktion beinhaltet den Bruch einer Bindung, entweder einer der Pi-Bindungen in der Mehrfachbindung oder einer der Sigma-Bindungen im Fall von Stresszyklen, wodurch die Anzahl der Ungesättigtheiten in der Ausgangsverbindung verringert wird.

Bei dieser Art von Reaktion wird eines der beiden Atome, die ursprünglich über eine Doppel- oder Dreifachbindung verbunden waren, mit einer Hydroxylgruppe (-OH) verbunden, während das andere ein Wasserstoffatom erhält, wodurch die beiden Wasserstoffatome vervollständigt werden Sauerstoff, aus denen das Wassermolekül besteht.

Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die Nettoreaktion der Hydratation die Addition eines Wassermoleküls an die Struktur eines organischen Substrats ist, die Hydroxylgruppe und das zusätzliche Wasserstoffatom nicht notwendigerweise von demselben Wassermolekül stammen. Andererseits kann die Hydratationsreaktion in Abhängigkeit von der Art des beteiligten Substrats unterschiedliche Arten von Produkten erzeugen, was zu mehreren unterschiedlichen Arten von Hydratationsreaktionen führt. Diese werden im Folgenden beschrieben.

Alken-Hydratationsreaktion

Der einfachste Fall von Hydratationsreaktionen ist die Hydratation von Alkenen, jenen ungesättigten Kohlenwasserstoffen, die eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung aufweisen. Die Hydratationsreaktion von Alkenen ergibt als Produkt einen Alkohol (R-OH), der primär, sekundär oder tertiär sein kann, je nachdem, wie substituiert die anfängliche Doppelbindung war.

Alken-Hydratation

Diese Reaktionen können auf viele verschiedene Arten und unter Verwendung einer breiten Vielfalt unterschiedlicher Reagenzien oder Katalysatoren durchgeführt werden. Am einfachsten ist die säurekatalysierte Hydratationsreaktion von Alkenen, wie sie unten beispielhaft dargestellt wird.

Alken-Hydratation

Alkin-Hydratationsreaktion

Wie bei der Alkenhydratation ist die Alkinhydratation die Addition einer -OH-Gruppe und eines Wasserstoffatoms an zwei Kohlenstoffatome, die durch eine Dreifachbindung verbunden sind. Die Reaktion beinhaltet das Aufbrechen einer der Pi-Bindungen der Dreifachbindung, wodurch die Ungesättigtheit des Moleküls um eins reduziert wird.

Das anfängliche Produkt der Hydratation von Alkinen ist ein Enol (die Kombination eines Alkens und eines Alkohols), in dem die Hydroxylgruppe direkt an ein sp2-hybridisiertes Kohlenstoffatom gebunden ist, das Teil einer Doppelbindung mit einem anderen Kohlenstoffatom ist – Kohlenstoff . Dieser Verbindungstyp unterliegt häufig einem Umlagerungsprozess, durch den er zu einer Carbonylverbindung wird. Abhängig vom Substitutionsmuster des Ausgangsalkins kann diese Carbonylverbindung ein Aldehyd (wenn es ein terminales Alkin war) oder ein Keton (ansonsten) sein. Die folgende chemische Gleichung zeigt die allgemeine Hydratationsreaktion von Alkinen.

Alkin-Hydratation

Das letztere Umlagerungsgleichgewicht zwischen dem Enol und dem jeweiligen Aldehyd oder Keton ist als Keto-Enol-Tautomerie bekannt und begünstigt fast immer die Bildung des letzteren.

Hydratationsreaktion von Aldehyden und Ketonen

Aldehyde und Ketone sind Carbonylverbindungen, dh sie enthalten eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff. Diese Doppelbindung kann auch einer Hydratationsreaktion unterliegen, in diesem Fall addiert sich die Hydroxylgruppe an das Kohlenstoffatom, während Wasserstoff an den Carbonylsauerstoff bindet und ihn in eine Hydroxylgruppe umwandelt. Das Endprodukt der Reaktion ist ein Doppelalkohol (oder Diol) mit zwei Hydroxylgruppen, die an denselben Kohlenstoff gebunden sind, der als geminales Diol bezeichnet wird. Die allgemeine Reaktion für die Hydratisierung von Aldehyden und Ketonen ist unten dargestellt.

Hydratation von Carbonylverbindungen

Je nachdem, ob R 1 und/oder R 2 Wasserstoff oder Alkylgruppen sind, handelt es sich jeweils um die Hydratation eines Aldehyds oder eines Ketons.

Hydratationsreaktionen in der anorganischen Chemie

Im Gegensatz zur organischen Chemie sind Hydratationsreaktionen auf dem Gebiet der anorganischen Chemie solche Prozesse, bei denen ein wasserfreies Salz Wassermoleküle in genau definierten stöchiometrischen Anteilen absorbiert, um ein Hydrat zu bilden . Dabei wird nicht das Salz nass, sondern eine chemische Reaktion, bei der sich Wassermoleküle an das Kation des Salzes binden (normalerweise durch koordinative kovalente Bindungen) und Teil der Kristallstruktur der Salzverbindung werden.

Nicht alle Salze gehen Hydratationsreaktionen ein. Zum Beispiel Natriumchlorid (gewöhnliches Speisesalz) nicht. Andererseits haben andere Salze eine sehr ausgeprägte Tendenz, Wassermoleküle dort aufzunehmen, wo sie sie finden können, wie beispielsweise Kupfer(II)-sulfat.

Die Wassermoleküle, die Teil der kristallinen Struktur sind, werden als Kristallwasser bezeichnet, und die ionischen Verbindungen, die Kristallwasser enthalten, werden als Hydrate bezeichnet. Andererseits werden diejenigen Verbindungen, die Hydrate bilden können, aber kein Hydratwasser enthalten, als wasserfreie Salze bezeichnet.

Nachdem wir all diese Begriffe festgelegt haben, können wir eine Hydratationsreaktion in der anorganischen Chemie als die chemische Reaktion definieren, bei der ein wasserfreies Salz mit Wasser reagiert, um ein Hydrat zu bilden. Das Hydratwasser wird als Teil der Hydratformel angegeben, indem ein Punkt nach der wasserfreien Salzformel gesetzt wird, gefolgt von der Anzahl der Wassermoleküle für jede Salzformel und schließlich der Wasserformel (H2O ) .

Hydratation von Kupfersulfat

Das Folgende ist ein Beispiel für eine Hydratationsreaktion mit Kupfer (II) -sulfat:

Hydratation von wasserfreien Salzen (Bildung von Hydraten)

Wie erfolgt die Hydratation wasserfreier Salze?

Der Hydratationsprozess wasserfreier Salze kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Der gebräuchlichste Weg ist, dass die Kristallwassermoleküle während des Prozesses der Bildung des Kristalls aus einer gesättigten Lösung (dh während des Kristallisationsprozesses, daher sein Name) Teil der Struktur des kristallinen Feststoffs werden.

Andererseits kann die Hydratation wasserfreier Salze auch spontan erfolgen, wenn diese feuchter Luft ausgesetzt werden, wobei das Hydrat durch Aufnahme von Wassermolekülen direkt aus der Gasphase gebildet wird.

Die Wassermoleküle der Hydratation sind leicht von den Wassermolekülen zu unterscheiden, die den Feststoff benetzen oder befeuchten, nachdem er durch Filtration oder eine andere Trenntechnik von der Mutterlösung getrennt wurde, da diese nicht leicht verdampfen. Tatsächlich können Kristalle über lange Zeiträume bei moderaten Temperaturen getrocknet werden, ohne das Salz zu dehydrieren. Dies liegt an der Tatsache, dass die Hydratmoleküle stark verbunden und in der kristallinen Struktur des Feststoffs eingeschlossen sind (sie sind Teil dieser Struktur) und ein Minimum an Energie erforderlich ist, um diese Wechselwirkung zu brechen.

Verweise

Carey, F. (2021). Organische Chemie (9. Aufl .). MCGRAW HILL BILDUNG.

Fernández, G. (nd-a). Aldehyde und Ketone . Organische Chemie – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/aldehidos-y-cetonas.html

Fernandez, G. (sf-b). Alkin-Hydratation . Organische Chemie – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/alquinos/372-hidratacion-de-alquinos.html

Gutierrez, J. (2010). CARBONYLVERBINDUNGEN: ALDEHYDE UND KETONE I . Universität von La Laguna. https://jgutluis.webs.ull.es/clase29.pdf

Rodrigo, M. (nd). wasserfreies Salz . Scribd. https://es.scribd.com/document/476198150/anhydrous-salt

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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