12.11 : Aldehyde und Ketone mit Wasser: Hydratbildung

Ein auf Sauerstoff basierendes Nukleophil kann wie Wasser Additionsreaktionen mit Aldehyden und Ketonen eingehen. Die Reaktion führt zur Bildung von Hydraten, auch 1,1-Diole oder geminale Diole genannt.

Die Bildung von Hydraten ist eine reversible Reaktion. Die Hydratbildung wird durch sterische und elektronische Faktoren beeinflusst, die die Alkylsubstituenten an der Carbonylgruppe begleiten: Die Geschwindigkeit der Hydratbildung nimmt mit abnehmender Anzahl der am Carbonylkohlenstoff gebundenen Alkylgruppen zu. Daher ergeben bei einfacheren Aldehyden wie Formaldehyd fast alle Aldehyde das entsprechende Hydrat. Die Bildung von Hydraten wird besonders begünstigt, wenn elektronenziehende Gruppen an den Carbonylkohlenstoff gebunden sind.

Die nukleophile Addition von Wasser an den Carbonylkohlenstoff erfolgt unter normalen Bedingungen sehr langsam. Die Geschwindigkeit kann jedoch deutlich erhöht werden, indem das Reaktionsmedium angesäuert oder basisch gemacht wird. Ein Säurekatalysator protoniert den Carbonylsauerstoff und erhöht dadurch die Elektrophilie des Carbonylkohlenstoffs. Die nukleophile Addition von Wasser führt zur Bildung eines Oxoniumkations, das ein Proton verliert, um das geminale Diolprodukt zu bilden.

Andererseits wird der Carbonylkohlenstoff direkt vom Hydroxid-Nukleophil unter Verwendung eines Basenkatalysators angegriffen. Durch diese Addition entsteht ein Alkoxidion, das durch ein Wassermolekül protoniert wird und das Additionsprodukt bildet.