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「水和反応」という用語は、使用される状況に応じて、2 つの異なるタイプの化学プロセスのいずれかを指す場合があります。特に、有機化学と無機化学のどちらについて話しているかによって、非常に異なる化学反応を表します。
有機化学における水和反応
水和反応という用語が最もよく使われる化学分野は、有機化学です。この場合、水和反応は、水分子を構成する要素の、多重結合または大きな角度の歪みを受ける環 (シクロプロピル基またはエポキシド基など) への付加を含む任意の反応として理解されます。この反応は、多重結合のパイ結合の 1 つ、またはストレス サイクルの場合のシグマ結合の 1 つのいずれかの結合の切断を伴い、親化合物の不飽和の数を減らします。
このタイプの反応では、もともと二重結合または三重結合によって結合されていた 2 つの原子のうちの 1 つがヒドロキシル基 (-OH) に結合され、もう一方の原子は水素原子を受け取り、2 つの水素が完成します。水分子を構成する酸素。
水和の正味の反応は、有機基質の構造への水分子の付加ですが、ヒドロキシル基と追加の水素原子は、必ずしも同じ水分子に由来するとは限りません。一方、関与する基質の種類に応じて、水和反応はさまざまな種類の生成物を生成し、いくつかの異なる種類の水和反応を引き起こします。これらについて以下に説明します。
アルケン水和反応
水和反応の最も単純なケースは、炭素-炭素二重結合を持つ不飽和炭化水素であるアルケンの水和です。アルケンの水和反応により、生成物としてアルコール (R-OH) が得られます。これは、最初の二重結合がどのように置換されたかに応じて、1 次、2 次、または 3 次になります。
これらの反応は、多種多様な試薬または触媒を使用して、さまざまな方法で実行できます。最も単純なのは、例として以下に示すようなアルケンの酸触媒水和反応です。
アルキン水和反応
アルケンの水和の場合と同様に、アルキンの水和は、三重結合によって結合された 2 つの炭素原子への -OH 基と水素原子の付加です。この反応では、三重結合のパイ結合の 1 つが切断され、分子の不飽和が 1 つ減少します。
アルキンの水和の最初の生成物は、エノール (アルケンとアルコールの組み合わせ) であり、ヒドロキシル基は、別の炭素原子との二重結合の一部である sp2 混成炭素原子に直接結合しています。このタイプの化合物は、しばしば転位プロセスを経て、カルボニル化合物になります。親アルキンの置換パターンに応じて、このカルボニル化合物はアルデヒド (末端アルキンの場合) またはケトン (そうでない場合) である可能性があります。次の化学式は、アルキンの一般的な水和反応を示しています。
エノールとそれぞれのアルデヒドまたはケトンとの間の後者の転位平衡は、ケト-エノール互変異性として知られており、ほとんど常に後者の形成を支持します。
アルデヒドとケトンの水和反応
アルデヒドとケトンはカルボニル化合物です。つまり、炭素と酸素の間に二重結合が含まれています。この二重結合は水和反応を受けることもできます。この場合、ヒドロキシル基が炭素原子に付加され、水素がカルボニル酸素に結合してヒドロキシル基に変換されます。反応の最終生成物は、2 つのヒドロキシル基が同じ炭素に結合した二重アルコール (またはジオール) であり、ジェミナル ジオールと呼ばれます。アルデヒドとケトンの水和の一般的な反応を以下に示します。
Ｒ １および／またはＲ２が水素またはアルキル基であるかどうかに応じて、それぞれアルデヒドまたはケトンの水和の問題である。
無機化学における水和反応
有機化学とは異なり、無機化学の分野では、水和反応は、明確に定義された化学量論的比率で無水塩が水分子を吸収して水和物を形成するプロセスです。これは塩が濡れるということではなく、水分子が塩の陽イオンに結合し (通常は配位共有結合を介して)、塩の結晶構造の一部になる化学反応です。
すべての塩が水和反応を起こすわけではありません。たとえば、塩化ナトリウム (一般的な食卓塩) はそうではありません。一方、他の塩は、硫酸銅（II）など、水分子を見つけることができる場所から水分子を吸収する非常に顕著な傾向があります.
結晶構造の一部である水分子は結晶水と呼ばれ、結晶水を含むイオン化合物は水和物と呼ばれます。一方、水和物を形成できるが水和水を含まない化合物は、無水塩として知られています。
これらすべての用語を確立したら、無機化学における水和反応を、無水塩が水と反応して水和物を形成する化学反応として定義できます。水和水は、水和物式の一部として、無水塩式の後にドットを配置し、その後に各塩式の水分子の数、最後に水の式 (H2O) を配置して示します。
以下は、硫酸銅（II）が関与する水和反応の例です。
無水塩の水和はどのように起こりますか?
無水塩の水和プロセスは、さまざまな方法で発生する可能性があります。最も一般的な方法は、結晶水分子が、飽和溶液からの結晶の形成プロセス中に結晶性固体の構造の一部になることです（つまり、結晶化プロセス中、したがってその名前です）。
一方、無水塩の水和は、前記塩が湿った空気にさらされると自然発生することもあり、その場合、水分子を気相から直接吸収することによって水和物が形成されます。
水和の水分子は、濾過または別の分離技術によって母液から固体を分離した後に固体を濡らすまたは湿らせる水分子とは容易に蒸発しないという点で容易に区別される。実際、塩を脱水することなく、適度な温度で長期間結晶を乾燥させることができます。これは、水和分子が固体の結晶構造に強く結合して閉じ込められており (それらは構造の一部である)、この相互作用を破壊するために必要なエネルギーが最小限であるという事実によるものです。
参考文献
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