Cos’è una reazione di idratazione?

Il termine “reazione di idratazione” può riferirsi a uno dei due diversi tipi di processi chimici a seconda del contesto in cui viene utilizzato. In particolare rappresenta reazioni chimiche molto diverse a seconda che si parli di chimica organica o di chimica inorganica.

Reazioni di idratazione in chimica organica

Il ramo della chimica in cui il termine reazione di idratazione viene utilizzato maggiormente è la chimica organica. In questo caso, per reazione di idratazione si intende qualsiasi reazione che comporti l’addizione degli elementi che compongono la molecola d’acqua ad un legame multiplo o ad un anello sottoposto a grande deformazione angolare (come un gruppo ciclopropilico o un gruppo epossidico). La reazione comporta la rottura di un legame, uno dei legami pi nel legame multiplo o uno dei legami sigma nel caso di cicli sollecitati, riducendo così il numero di insaturazioni nel composto originario.

In questo tipo di reazione, uno dei due atomi che originariamente erano legati mediante un doppio o triplo legame, si lega a un gruppo ossidrilico (-OH), mentre l’altro riceve un atomo di idrogeno, completando così i due idrogeni. e ossigeno che costituiscono la molecola dell’acqua.

Va notato che, sebbene la reazione netta di idratazione sia l’aggiunta di una molecola d’acqua alla struttura di un substrato organico, il gruppo ossidrile e l’atomo di idrogeno addizionale non provengono necessariamente dalla stessa molecola d’acqua. D’altra parte, a seconda del tipo di substrato coinvolto, la reazione di idratazione può produrre diversi tipi di prodotti, dando origine a diversi tipi di reazioni di idratazione. Questi sono descritti di seguito.

Reazione di idratazione degli alcheni

Il caso più semplice di reazioni di idratazione è quello dell’idratazione degli alcheni, quegli idrocarburi insaturi che hanno un doppio legame carbonio-carbonio. La reazione di idratazione degli alcheni dà come prodotto un alcool (R-OH), che può essere primario, secondario o terziario a seconda di come è stato sostituito il doppio legame iniziale.

Queste reazioni possono essere eseguite in molti modi diversi e utilizzando un’ampia varietà di reagenti o catalizzatori differenti. La più semplice di tutte è la reazione di idratazione acido-catalizzata degli alcheni, come quella presentata di seguito a titolo esemplificativo.

Reazione di idratazione degli alchini

Come nel caso dell’idratazione dell’alchene, l’idratazione dell’alchino è l’aggiunta di un gruppo –OH e di un atomo di idrogeno a due atomi di carbonio legati da un triplo legame. La reazione comporta la rottura di uno dei legami pi del triplo legame, riducendo così di uno le insaturazioni della molecola.

Il prodotto iniziale di idratazione degli alchini è un enolo (la combinazione di un alchene e un alcol) in cui il gruppo ossidrile è legato direttamente a un atomo di carbonio ibridato sp2 che fa parte di un doppio legame con un altro atomo di ^carbonio . Questo tipo di composto subisce frequentemente un processo di riarrangiamento, attraverso il quale diventa un composto carbonilico. A seconda del modello di sostituzione dell’alchino genitore, questo composto carbonilico può essere un’aldeide (se era un alchino terminale) o un chetone (altrimenti). La seguente equazione chimica mostra la reazione generale di idratazione degli alchini.

Quest’ultimo equilibrio di riarrangiamento tra l’enolo e la rispettiva aldeide o chetone è noto come tautomerismo cheto-enolico, e quasi sempre favorisce la formazione di quest’ultimo.

Reazione di idratazione di aldeidi e chetoni

Aldeidi e chetoni sono composti carbonilici, cioè contengono un doppio legame tra carbonio e ossigeno. Questo doppio legame può anche subire una reazione di idratazione, nel qual caso il gruppo idrossile si aggiunge all’atomo di carbonio mentre l’idrogeno si lega all’ossigeno carbonilico, convertendolo in un gruppo idrossile. Il prodotto finale della reazione è un doppio alcol (o diolo) con due gruppi idrossilici attaccati allo stesso carbonio, che è chiamato diolo geminale. Di seguito viene presentata la reazione generale per l’idratazione di aldeidi e chetoni.

A seconda che R ₁ e/o R ₂ siano idrogeni o gruppi alchilici, si tratta rispettivamente dell’idratazione di un’aldeide o di un chetone.

Reazioni di idratazione in chimica inorganica

A differenza della chimica organica, nel campo della chimica inorganica , le reazioni di idratazione sono quei processi in cui un sale anidro assorbe molecole d’acqua, in proporzioni stechiometriche ben definite, per formare un idrato . Questo non è il sale che si bagna, ma piuttosto una reazione chimica in cui le molecole d’acqua si legano al catione del sale (di solito attraverso legami covalenti coordinati) e diventano parte della struttura cristallina del sale composto.

Non tutti i sali subiscono reazioni di idratazione. Ad esempio, il cloruro di sodio (sale da cucina comune) no. Altri sali, invece, hanno una tendenza molto marcata ad assorbire molecole d’acqua ovunque le trovino, come il solfato di rame (II).

Le molecole d’acqua che fanno parte della struttura cristallina sono chiamate acque di cristallizzazione e i composti ionici che contengono acque di cristallizzazione sono chiamati idrati. D’altra parte, quei composti che possono formare idrati ma non contengono acque di idratazione sono noti come sali anidri.

Stabiliti tutti questi termini, possiamo quindi definire una reazione di idratazione in chimica inorganica come la reazione chimica mediante la quale un sale anidro reagisce con l’acqua per formare un idrato. Le acque di idratazione sono indicate come parte della formula dell’idrato mettendo un punto dopo la formula del sale anidro, seguita dal numero di molecole d’acqua per ogni formula del sale, e infine dalla formula dell’acqua (H2O ) _.

Quello che segue è un esempio di una reazione di idratazione che coinvolge il solfato di rame (II):

Come avviene l’idratazione dei sali anidri?

Il processo di idratazione dei sali anidri può avvenire in diversi modi. Il modo più comune è che l’acqua delle molecole di cristallizzazione diventi parte della struttura del solido cristallino durante il processo di formazione del cristallo da una soluzione satura (cioè durante il processo di cristallizzazione, da cui il nome).

D’altra parte, l’idratazione dei sali anidri può avvenire anche spontaneamente quando detti sali sono esposti all’aria umida, nel qual caso l’idrato si forma assorbendo molecole d’acqua direttamente dalla fase gassosa.

Le molecole d’acqua di idratazione si distinguono facilmente dalle molecole d’acqua che bagnano o inumidiscono il solido dopo averlo separato dalla soluzione madre mediante filtrazione o altra tecnica di separazione, in quanto queste non evaporano facilmente. I cristalli infatti possono essere essiccati per lunghi periodi a temperature moderate senza disidratare il sale. Ciò è dovuto al fatto che le molecole di idratazione sono fortemente legate e intrappolate nella struttura cristallina del solido (fanno parte di tale struttura) ed è necessario un minimo di energia per interrompere questa interazione.

Riferimenti

Carey, F. (2021). Chimica organica (9a ^ed .). EDUCAZIONE DELLA COLLINA DI MCGRAW.

Fernández, G. (nd-a). Aldeidi e chetoni . Chimica organica – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/aldehidos-y-cetonas.html

Fernandez, G. (sf-b). Idratazione alchinica . Chimica organica – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/alquinos/372-hidratacion-de-alquinos.html

Gutiérrez, J. (2010). COMPOSTI CARBONILICI: ALDEIDI E CHETONI I . Università di La Laguna. https://jgutluis.webs.ull.es/clase29.pdf

Rodrigo, M. (nd). sale anidro . Scribb. https://es.scribd.com/document/476198150/sale-anidro