Hva er en hydreringsreaksjon?

Begrepet «hydreringsreaksjon» kan referere til en av to forskjellige typer kjemiske prosesser avhengig av konteksten den brukes i. Spesielt representerer det svært ulike kjemiske reaksjoner avhengig av om man snakker om organisk kjemi eller uorganisk kjemi.

Hydreringsreaksjoner i organisk kjemi

Den grenen av kjemien der begrepet hydratiseringsreaksjon brukes mest er i organisk kjemi. I dette tilfellet forstås en hydratiseringsreaksjon som enhver reaksjon som involverer tilsetning av elementene som utgjør vannmolekylet til en multippelbinding eller til en ring utsatt for stor vinkelbelastning (som en syklopropylgruppe eller en epoksidgruppe) . Reaksjonen involverer brudd av en binding, enten en av pi-bindingene i multippelbindingen eller en av sigma-bindingene i tilfelle av stressede sykluser, og reduserer dermed antallet umetninger i moderforbindelsen.

I denne typen reaksjon er det ene av de to atomene som opprinnelig ble koblet ved hjelp av en dobbelt- eller trippelbinding, knyttet til en hydroksylgruppe (-OH), mens det andre mottar et hydrogenatom, og dermed fullfører de to hydrogenene. og oksygen som utgjør vannmolekylet.

Det skal bemerkes at selv om nettoreaksjonen av hydratisering er tilsetning av et vannmolekyl til strukturen til et organisk substrat, kommer ikke hydroksylgruppen og det ytterligere hydrogenatomet nødvendigvis fra det samme vannmolekylet. På den annen side, avhengig av typen substrat som er involvert, kan hydratiseringsreaksjonen produsere forskjellige typer produkter, noe som gir opphav til flere forskjellige typer hydratiseringsreaksjoner. Disse er beskrevet nedenfor.

Alkenhydreringsreaksjon

Det enkleste tilfellet av hydratiseringsreaksjoner er hydratiseringen av alkener, de umettede hydrokarboner som har en karbon-karbon dobbeltbinding. Hydratiseringsreaksjonen av alkener gir en alkohol (R-OH) som produkt, som kan være primær, sekundær eller tertiær avhengig av hvor substituert den opprinnelige dobbeltbindingen var.

Disse reaksjonene kan utføres på mange forskjellige måter og ved å bruke en lang rekke forskjellige reagenser eller katalysatorer. Den enkleste av alt er den syrekatalyserte hydratiseringsreaksjonen av alkener, slik som den som presenteres nedenfor som eksempel.

Alkynhydreringsreaksjon

Som i tilfellet med alkenhydrering, er alkynhydrering tilsetning av en -OH-gruppe og et hydrogenatom til to karbonatomer koblet sammen med en trippelbinding. Reaksjonen innebærer brudd på en av pi-bindingene til trippelbindingen, og reduserer dermed umettethetene til molekylet med én.

Det opprinnelige produktet av hydratisering av alkyner er en enol (kombinasjonen av en alken og en alkohol) hvor hydroksylgruppen er bundet direkte til et sp2-hybridisert karbonatom som er en del av en dobbeltbinding med et annet karbonatom ^karbon . Denne typen forbindelse gjennomgår ofte en omorganiseringsprosess, der den blir en karbonylforbindelse. Avhengig av substitusjonsmønsteret til moderalkynen, kan denne karbonylforbindelsen være et aldehyd (hvis det var en terminal alkyn) eller et keton (ellers). Følgende kjemiske ligning viser den generelle hydreringsreaksjonen til alkyner.

Den sistnevnte omorganiseringslikevekten mellom enolen og det respektive aldehydet eller ketonet er kjent som keto-enol-tautomerisme, og favoriserer nesten alltid dannelsen av sistnevnte.

Aldehyd- og ketonhydreringsreaksjon

Aldehyder og ketoner er karbonylforbindelser, det vil si at de inneholder en dobbeltbinding mellom karbon og oksygen. Denne dobbeltbindingen kan også gjennomgå en hydratiseringsreaksjon, i så fall legger hydroksylgruppen til karbonatomet mens hydrogen binder seg til karbonyloksygenet, og omdanner den til en hydroksylgruppe. Sluttproduktet av reaksjonen er en dobbel alkohol (eller diol) med to hydroksylgrupper festet til samme karbon, som kalles geminal diol. Den generelle reaksjonen for hydratisering av aldehyder og ketoner er presentert nedenfor.

Avhengig av om R1 _og /eller R2 _er hydrogener eller alkylgrupper, er det et spørsmål om henholdsvis hydratisering av et aldehyd eller et keton.

Hydreringsreaksjoner i uorganisk kjemi

I motsetning til organisk kjemi, innen uorganisk kjemi , er hydratiseringsreaksjoner de prosessene der et vannfritt salt absorberer vannmolekyler, i veldefinerte støkiometriske proporsjoner, for å danne et hydrat . Dette er ikke saltet som blir vått, men snarere en kjemisk reaksjon der vannmolekyler binder seg til saltets kation (vanligvis gjennom koordinerte kovalente bindinger) og blir en del av saltets krystallstruktur.

Ikke alle salter gjennomgår hydreringsreaksjoner. Det gjør for eksempel ikke natriumklorid (vanlig bordsalt). På den annen side har andre salter en veldig markert tendens til å absorbere vannmolekyler fra hvor enn de kan finne dem, for eksempel kobber(II)sulfat.

Vannmolekylene som er en del av den krystallinske strukturen kalles krystallisasjonsvann, og de ioniske forbindelsene som inneholder krystallisasjonsvann kalles hydrater. På den annen side er de forbindelsene som kan danne hydrater, men som ikke inneholder hydreringsvann kjent som vannfrie salter.

Etter å ha etablert alle disse begrepene, kan vi deretter definere en hydratiseringsreaksjon i uorganisk kjemi som den kjemiske reaksjonen der et vannfritt salt reagerer med vann for å danne et hydrat. Hydratasjonsvannet er indikert som en del av hydratformelen ved å plassere en prikk etter formelen for vannfri salt, etterfulgt av antall vannmolekyler for hver saltformel, og til slutt vannformelen (H2O ) _.

Følgende er et eksempel på en hydratiseringsreaksjon som involverer kobber(II)sulfat:

Hvordan skjer hydrering av vannfrie salter?

Hydratiseringsprosessen til vannfrie salter kan skje på forskjellige måter. Den vanligste måten er at vannet av krystalliseringsmolekyler blir en del av strukturen til det krystallinske faststoffet under prosessen med dannelse av krystallen fra en mettet løsning (det vil si under krystalliseringsprosessen, derav navnet).

På den annen side kan hydratiseringen av vannfrie salter også skje spontant når nevnte salter utsettes for fuktig luft, i hvilket tilfelle hydratet dannes ved å absorbere vannmolekyler direkte fra gassfasen.

Vannmolekylene for hydratisering skilles lett fra vannmolekylene som fukter eller fukter det faste stoffet etter at det er separert fra moderløsningen ved filtrering eller annen separasjonsteknikk, ved at disse ikke lett fordamper. Faktisk kan krystaller tørkes i lange perioder ved moderate temperaturer uten å dehydrere saltet. Dette skyldes det faktum at hydratiseringsmolekylene er sterkt koblet og fanget i den krystallinske strukturen til faststoffet (de er en del av nevnte struktur) og et minimum av energi kreves for å bryte denne interaksjonen.

Referanser

Carey, F. (2021). Organisk kjemi (9. ^utg .). MCGRAW HILL UTDANNING.

Fernández, G. (nd-a). Aldehyder og ketoner . Organisk kjemi – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/aldehidos-y-cetonas.html

Fernandez, G. (sf-b). Alkynhydrering . Organisk kjemi – Universitatis Chemia. https://www.quimicaorganica.org/alquinos/372-hidratacion-de-alquinos.html

Gutierrez, J. (2010). KARBONYLISKE FORBINDELSER: ALDEHYDER OG KETONER I . Universitetet i La Laguna. https://jgutluis.webs.ull.es/clase29.pdf

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