12.11 : Aldéhydes et cétones avec de l'eau : formation d'hydrates

Un nucléophile à base d'oxygène, comme l'eau, peut subir des réactions d'addition avec des aldéhydes et des cétones. La réaction conduit à la formation d’hydrates, également appelés 1,1-diols ou diols géminaux.

La formation d'hydrates est une réaction réversible. La formation d'hydrates est influencée par des facteurs stériques et électroniques accompagnant les substituants alkyle sur le groupe carbonyle : le taux de formation d'hydrates augmente avec une diminution du nombre de groupes alkyles attachés au carbone carbonyle. Par conséquent, avec des aldéhydes plus simples, comme le formaldéhyde, presque tous les aldéhydes donnent l’hydrate correspondant. La formation d'hydrates est fortement favorisée lorsque des groupes électroattracteurs sont liés au carbone carbonyle.

L'ajout nucléophile d'eau au carbone carbonyle est très lent dans des conditions normales. Cependant, la vitesse peut être significativement augmentée en acidifiant ou basifiant le milieu réactionnel. Un catalyseur acide protonne l'oxygène du carbonyle, augmentant ainsi l'électrophilie du carbone du carbonyle. L'ajout nucléophile d'eau conduit à la formation d'un cation oxonium, qui perd un proton pour former le produit diol géminal.

En revanche, le carbone carbonyle est directement attaqué par l'hydroxyde nucléophile à l'aide d'un catalyseur basique. Cet ajout génère un ion alcoxyde, qui est protoné par une molécule d'eau formant le produit d'addition.