Mi a hidratációs reakció?

A „hidratációs reakció” kifejezés két különböző típusú kémiai folyamat egyikére utalhat, attól függően, hogy milyen környezetben használják. Különösen nagyon különböző kémiai reakciókat képvisel attól függően, hogy szerves kémiáról vagy szervetlen kémiáról beszélünk.

Hidratációs reakciók a szerves kémiában

A kémia azon ága, amelyben a hidratációs reakció kifejezést leginkább használják, a szerves kémia. Ebben az esetben hidratációs reakció alatt minden olyan reakciót értünk, amely magában foglalja a vízmolekulát alkotó elemek hozzáadását egy többszörös kötéshez vagy egy nagy szögterhelésnek kitett gyűrűhöz (például ciklopropilcsoporthoz vagy epoxidcsoporthoz) . A reakció egy kötés felszakadásával jár, akár a többszörös kötésben lévő pi-kötések egyike, akár feszültség alatti ciklusok esetén a szigmakötések egyike, így csökken a telítetlenségek száma az alapvegyületben.

Ebben a reakciótípusban az eredetileg kettős vagy hármas kötéssel összekapcsolt két atom közül az egyik hidroxilcsoporthoz (-OH) kapcsolódik, míg a másik hidrogénatomot kap, így a két hidrogénatom teljessé válik. oxigén, amely a vízmolekulát alkotja.

Meg kell jegyezni, hogy bár a hidratálás nettó reakciója egy vízmolekula hozzáadása egy szerves szubsztrát szerkezetéhez, a hidroxilcsoport és a további hidrogénatom nem feltétlenül ugyanabból a vízmolekulából származik. Másrészt az érintett szubsztrát típusától függően a hidratációs reakció különböző típusú termékeket eredményezhet, amelyek többféle hidratációs reakciót eredményezhetnek. Ezeket az alábbiakban ismertetjük.

Alkén hidratációs reakció

A hidratációs reakciók legegyszerűbb esete az alkének hidratálása, azok a telítetlen szénhidrogének, amelyek szén-szén kettős kötést tartalmaznak. Az alkének hidratációs reakciója alkoholt (R-OH) eredményez termékként, amely lehet primer, szekunder vagy tercier attól függően, hogy a kezdeti kettős kötés mennyire volt szubsztituált.

Ezeket a reakciókat sokféle módon és különféle reagensek vagy katalizátorok széles választékával hajthatjuk végre. A legegyszerűbb az alkének savkatalizált hidratációs reakciója, mint például az alábbiakban példaként bemutatott.

Alkin hidratációs reakció

Akárcsak az alkén hidratálása esetében, az alkin hidratálás egy –OH csoport és egy hidrogénatom hozzáadása két szénatomhoz, amelyek hármas kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A reakció során a hármas kötés egyik pi-kötése felszakad, ezáltal a molekula telítetlensége eggyel csökken.

^{Az alkinok hidratációjának kezdeti terméke egy enol (egy alkén és egy alkohol kombinációja), amelyben a hidroxilcsoport közvetlenül kapcsolódik egy sp2-hibridizált szénatomhoz, amely egy másik szénatommal} alkotott kettős kötés része . Ez a fajta vegyület gyakran átrendeződési folyamaton megy keresztül, melynek során karbonilvegyületté válik. Az alapalkin szubsztitúciós mintájától függően ez a karbonilvegyület lehet aldehid (ha terminális alkin volt) vagy keton (egyébként). A következő kémiai egyenlet az alkinok általános hidratációs reakcióját mutatja be.

Ez utóbbi átrendeződési egyensúly az enol és a megfelelő aldehid vagy keton között keto-enol tautoméria néven ismert, és szinte mindig az utóbbi kialakulását segíti elő.

Aldehid és keton hidratációs reakciója

Az aldehidek és ketonok karbonilvegyületek, azaz kettős kötést tartalmaznak szén és oxigén között. Ez a kettős kötés hidratációs reakción is áteshet, ebben az esetben a hidroxilcsoport hozzáadódik a szénatomhoz, míg a hidrogén kötődik a karbonil-oxigénhez, hidroxilcsoporttá alakítva azt. A reakció végterméke egy kettős alkohol (vagy diol), amelyben két hidroxilcsoport kapcsolódik ugyanahhoz a szénhez, amelyet geminális diolnak neveznek. Az aldehidek és ketonok hidratálására vonatkozó általános reakciót az alábbiakban mutatjuk be.

Attól függően, hogy R1 _és /vagy R2 _jelentése hidrogénatom vagy alkilcsoport, egy aldehid vagy egy keton hidratálásáról van szó.

Hidratációs reakciók a szervetlen kémiában

A szerves kémiától eltérően a szervetlen kémia területén a hidratációs reakciók azok a folyamatok, amelyek során egy vízmentes só jól meghatározott sztöchiometrikus arányokban abszorbeálja a vízmolekulákat, és hidrátot képez . Ez nem a só nedvesedése, hanem egy kémiai reakció, amelyben a vízmolekulák a só kationjához kötődnek (általában koordináta kovalens kötéseken keresztül) és a só kristályszerkezetének részévé válnak.

Nem minden só megy keresztül hidratációs reakciókon. Például a nátrium-klorid (közönséges konyhasó) nem. Másrészről viszont más sók nagyon hajlamosak a vízmolekulák felszívására, bárhonnan is találják őket, mint például a réz(II)-szulfát.

A kristályos szerkezet részét képező vízmolekulákat kristályvizeknek, a kristályvizet tartalmazó ionos vegyületeket hidrátoknak nevezzük. Másrészt azokat a vegyületeket, amelyek hidrátokat képezhetnek, de nem tartalmaznak hidratálóvizet, vízmentes sóknak nevezzük.

Mindezen kifejezések megállapítása után a szervetlen kémiában a hidratációs reakciót úgy határozhatjuk meg, mint azt a kémiai reakciót, amelynek során egy vízmentes só vízzel reagálva hidrátot képez. A hidratációs vizek a hidrátképlet részeként vannak feltüntetve úgy, hogy a vízmentes só képlete után egy pontot teszünk, ezt követi az egyes sóképletekhez tartozó vízmolekulák száma, végül pedig a vízképlet (H2O ) _.

Az alábbi példa egy hidratációs reakcióra mutat be réz(II)-szulfátot:

Hogyan történik a vízmentes sók hidratálása?

A vízmentes sók hidratációs folyamata többféleképpen történhet. A legáltalánosabb módja az, hogy a kristályosodási molekulák vize a kristályos szilárd anyag szerkezetének részévé válik a kristály telített oldatból történő képződése során (vagyis a kristályosodási folyamat során, innen a neve is).

Másrészt a vízmentes sók hidratálása spontán módon is megtörténhet, amikor a sókat nedves levegőnek teszik ki, amely esetben a hidrát a vízmolekulák közvetlenül a gázfázisból történő abszorbeálásával jön létre.

A hidratáló vízmolekulák könnyen megkülönböztethetők azoktól a vízmolekuláktól, amelyek megnedvesítik vagy megnedvesítik a szilárd anyagot, miután azt az anyaoldattól szűréssel vagy más elválasztási technikával elválasztották, mivel ezek nem párolognak el könnyen. Valójában a kristályok hosszú ideig száríthatók mérsékelt hőmérsékleten anélkül, hogy a sót dehidratálnák. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a hidratációs molekulák erősen kapcsolódnak egymáshoz, és beszorulnak a szilárd anyag kristályszerkezetébe (az említett szerkezet részét képezik), és ennek a kölcsönhatásnak a megszakításához minimális energia szükséges.

Hivatkozások

Carey, F. (2021). Szerves kémia (9. ^kiadás ). MCGRAW HILL OKTATÁS.

Fernández, G. (nd-a). Aldehidek és ketonok . Szerves kémia – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/aldehidos-y-cetonas.html

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

Gutierrez, J. (2010). KARBONILS VEGYÜLETEK: ALDEHIDEK ÉS KETONOK I . La Laguna Egyetem. https://jgutluis.webs.ull.es/clase29.pdf

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