Qu’est-ce qu’une réaction d’hydratation ?

Le terme « réaction d’hydratation » peut faire référence à l’un des deux types de processus chimiques différents selon le contexte dans lequel il est utilisé. En particulier, il représente des réactions chimiques très différentes selon qu’on parle de chimie organique ou de chimie inorganique.

Réactions d’hydratation en chimie organique

La branche de la chimie dans laquelle le terme réaction d’hydratation est le plus utilisé est la chimie organique. Dans ce cas, une réaction d’hydratation s’entend comme toute réaction qui implique l’addition des éléments qui composent la molécule d’eau à une liaison multiple ou à un cycle soumis à de fortes contraintes angulaires (tel qu’un groupement cyclopropyle ou un groupement époxyde). La réaction implique la rupture d’une liaison, soit l’une des liaisons pi dans la liaison multiple, soit l’une des liaisons sigma dans le cas de cycles stressés, réduisant ainsi le nombre d’insaturations dans le composé parent.

Dans ce type de réaction, l’un des deux atomes initialement liés au moyen d’une double ou triple liaison, est lié à un groupe hydroxyle (-OH), tandis que l’autre reçoit un atome d’hydrogène, complétant ainsi les deux hydrogènes. l’oxygène qui compose la molécule d’eau.

Il convient de noter que, bien que la réaction nette d’hydratation soit l’ajout d’une molécule d’eau à la structure d’un substrat organique, le groupe hydroxyle et l’atome d’hydrogène supplémentaire ne proviennent pas nécessairement de la même molécule d’eau. D’autre part, selon le type de substrat impliqué, la réaction d’hydratation peut conduire à différents types de produits, donnant lieu à plusieurs types différents de réactions d’hydratation. Ceux-ci sont décrits ci-dessous.

Réaction d’hydratation d’alcène

Le cas le plus simple des réactions d’hydratation est celui de l’hydratation des alcènes, ces hydrocarbures insaturés qui possèdent une double liaison carbone-carbone. La réaction d’hydratation des alcènes donne comme produit un alcool (R-OH), qui peut être primaire, secondaire ou tertiaire selon le degré de substitution de la double liaison initiale.

Ces réactions peuvent être réalisées de nombreuses manières différentes et en utilisant une grande variété de réactifs ou de catalyseurs différents. La plus simple de toutes est la réaction d’hydratation catalysée par un acide des alcènes, telle que celle présentée ci-dessous à titre d’exemple.

Réaction d’hydratation d’alcyne

Comme dans le cas de l’hydratation des alcènes, l’hydratation des alcynes est l’addition d’un groupe -OH et d’un atome d’hydrogène à deux atomes de carbone liés par une triple liaison. La réaction implique la rupture d’une des liaisons pi de la triple liaison, réduisant ainsi de un les insaturations de la molécule.

Le produit initial d’hydratation des alcynes est un énol (la combinaison d’un alcène et d’un alcool) dans lequel le groupe hydroxyle est lié directement à un atome de carbone hybride sp2 faisant partie d’une double liaison avec un autre atome de ^carbone . Ce type de composé subit fréquemment un processus de réarrangement, par lequel il devient un composé carbonyle. Selon le modèle de substitution de l’alcyne parent, ce composé carbonylé peut être un aldéhyde (s’il s’agissait d’un alcyne terminal) ou une cétone (sinon). L’équation chimique suivante montre la réaction générale d’hydratation des alcynes.

Ce dernier équilibre de réarrangement entre l’énol et l’aldéhyde ou la cétone respectif est connu sous le nom de tautomérie céto-énol et favorise presque toujours la formation de ce dernier.

Réaction d’hydratation des aldéhydes et des cétones

Les aldéhydes et les cétones sont des composés carbonylés, c’est-à-dire qu’ils contiennent une double liaison entre le carbone et l’oxygène. Cette double liaison peut également subir une réaction d’hydratation, auquel cas le groupe hydroxyle s’ajoute à l’atome de carbone tandis que l’hydrogène se lie à l’oxygène du carbonyle, le convertissant en un groupe hydroxyle. Le produit final de la réaction est un alcool double (ou diol) avec deux groupes hydroxyle attachés au même carbone, appelé diol géminal. La réaction générale d’hydratation des aldéhydes et des cétones est présentée ci-dessous.

Selon que R ₁ et/ou R ₂ sont des hydrogènes ou des groupements alkyles, il s’agit respectivement de l’hydratation d’un aldéhyde ou d’une cétone.

Réactions d’hydratation en chimie inorganique

Contrairement à la chimie organique, dans le domaine de la chimie inorganique , les réactions d’hydratation sont les processus dans lesquels un sel anhydre absorbe des molécules d’eau, dans des proportions stoechiométriques bien définies, pour former un hydrate . Ce n’est pas le sel qui se mouille, mais plutôt une réaction chimique dans laquelle les molécules d’eau se lient au cation du sel (généralement par le biais de liaisons covalentes coordonnées) et deviennent une partie de la structure cristalline du composé.

Tous les sels ne subissent pas de réactions d’hydratation. Par exemple, le chlorure de sodium (sel de table commun) ne le fait pas. Par contre, d’autres sels ont une tendance très marquée à absorber les molécules d’eau là où ils peuvent les trouver, comme le sulfate de cuivre (II).

Les molécules d’eau qui font partie de la structure cristalline sont appelées eaux de cristallisation, et les composés ioniques qui contiennent des eaux de cristallisation sont appelés hydrates. D’autre part, les composés qui peuvent former des hydrates mais ne contiennent pas d’eau d’hydratation sont appelés sels anhydres.

Après avoir établi tous ces termes, nous pouvons alors définir une réaction d’hydratation en chimie inorganique comme la réaction chimique par laquelle un sel anhydre réagit avec l’eau pour former un hydrate. Les eaux d’hydratation sont indiquées dans le cadre de la formule des hydrates en plaçant un point après la formule du sel anhydre, suivi du nombre de molécules d’eau pour chaque formule de sel, et enfin de la formule de l’eau (H2O ) _.

Voici un exemple de réaction d’hydratation impliquant du sulfate de cuivre (II):

Comment se produit l’hydratation des sels anhydres ?

Le processus d’hydratation des sels anhydres peut se produire de différentes manières. La manière la plus courante est que les molécules d’eau de cristallisation deviennent une partie de la structure du solide cristallin pendant le processus de formation du cristal à partir d’une solution saturée (c’est-à-dire pendant le processus de cristallisation, d’où son nom).

D’autre part, l’hydratation des sels anhydres peut également se produire spontanément lorsque lesdits sels sont exposés à l’air humide, auquel cas l’hydrate est formé en absorbant les molécules d’eau directement de la phase gazeuse.

Les molécules d’eau d’hydratation se distinguent facilement des molécules d’eau qui mouillent ou humidifient le solide après l’avoir séparé de la solution mère par filtration ou autre technique de séparation, en ce que celles-ci ne s’évaporent pas facilement. En fait, les cristaux peuvent être séchés pendant de longues périodes à des températures modérées sans déshydrater le sel. Ceci est dû au fait que les molécules d’hydratation sont fortement liées et piégées dans la structure cristalline du solide (elles font partie de ladite structure) et qu’un minimum d’énergie est nécessaire pour rompre cette interaction.

Les références

Carey, F. (2021). Chimie organique (9e ^éd .). ÉDUCATION DE MCGRAW HILL.

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En ligneGutierrez, J. (2010). COMPOSÉS CARBONYLIQUES : ALDÉHYDES ET CÉTONES I . Université de La Laguna. https://jgutluis.webs.ull.es/clase29.pdf

Rodrigo, M. (nd). sel anhydre . Scribd. https://es.scribd.com/document/476198150/sel-anhydre