酸素ベースの求核試薬は、水と同様に、アルデヒドやケトンと付加反応を起こすことができます。 この反応により、1,1-ジオールまたはジェミナル ジオールとも呼ばれる水和物の形成が引き起こされます。
水和物の形成は可逆反応です。 水和物の形成は、カルボニル基上のアルキル置換基に伴う立体的および電子的要因の影響を受けます。水和物の形成速度は、カルボニル炭素に結合したアルキル基の数が減少するにつれて増加します。 したがって、ホルムアルデヒドのような単純なアルデヒドでは、ほぼすべてのアルデヒドが対応する水和物を生成します。 電子吸引基がカルボニル炭素に結合している場合、水和物の形成が非常に促進されます。
カルボニル炭素への水の求核付加は、通常の条件下では非常にゆっくりと行われます。 ただし、反応媒体を酸性化または塩基性化することにより、速度を大幅に高めることができます。 酸触媒はカルボニル酸素をプロトン化し、それによってカルボニル炭素の求電子性が増加します。 水の求核付加によりオキソニウムカチオンが形成され、プロトンを失ってジェミナルジオール生成物が形成されます。
一方、カルボニル炭素は、塩基触媒を使用して水酸化物求核試薬によって直接攻撃されます。 この付加によりアルコキシド イオンが生成され、水分子によってプロトン化されて付加生成物が形成されます。
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