12.11 : Aldehydy i ketony z wodą: tworzenie hydratów

Aldehydes and ketones undergo hydration reactions to give hydrates — 1,1-diols, or geminal diols.

The formation of hydrates can be reversed by eliminating water from the diol.

At equilibrium, the amount of hydrate formed decreases with increasing alkyl groups on the carbonyl carbon.

Favorable steric and electronic factors associated with the alkyl groups cause the equilibrium to lie on the side of the carbonyl compounds.

Under neutral conditions, the rate of gem-diol formation is very slow, owing to the poor nucleophilicity of water. The reaction, however, can be accelerated using acid or base catalysts.

In acid catalysis, the hydronium ion protonates the carbonyl oxygen to generate a strongly electrophilic carbonyl carbon. This carbon is then attacked by water, forming an oxonium cation. Finally, deprotonation by another water molecule gives a gem-diol.

Under basic conditions, the stronger hydroxide nucleophile first adds to the carbonyl carbon, generating an alkoxide intermediate. A water molecule then protonates this intermediate to form the gem-diol.

Nukleofil na bazie tlenu, taki jak woda, może ulegać reakcjom addycji z aldehydami i ketonami. Reakcja prowadzi do powstania hydratów, zwanych także 1,1-diolami lub diolami geminalnymi.

Tworzenie się hydratów jest reakcją odwracalną. Na powstawanie hydratu wpływają czynniki steryczne i elektroniczne towarzyszące podstawnikom alkilowym grupy karbonylowej: szybkość tworzenia hydratu wzrasta wraz ze spadkiem liczby grup alkilowych przyłączonych do węgla karbonylowego. Dlatego w przypadku prostszych aldehydów, takich jak formaldehyd, prawie wszystkie aldehydy dają odpowiedni hydrat. Tworzenie hydratów jest bardzo korzystne, gdy grupy odciągające elektrony są połączone z węglem karbonylowym.

Nukleofilowa addycja wody do węgla karbonylowego jest w normalnych warunkach bardzo powolna. Jednakże szybkość można znacznie zwiększyć poprzez zakwaszenie lub zalkalizowanie środowiska reakcji. Katalizator kwasowy protonuje tlen karbonylowy, zwiększając w ten sposób elektrofilowość węgla karbonylowego. Nukleofilowy dodatek wody prowadzi do powstania kationu oksoniowego, który traci proton, tworząc geminalny produkt diolowy.

Z drugiej strony węgiel karbonylowy jest bezpośrednio atakowany przez nukleofil wodorotlenkowy przy użyciu katalizatora zasadowego. Dodatek ten generuje jon alkoholanowy, który jest protonowany przez cząsteczkę wody tworzącej produkt addycji.

Tagi

Hydrate Formation 1 1 diols Geminal Diols Nucleophilic Addition Carbonyl Carbon Aldehydes Ketones Water Steric Factors Electronic Factors Acid Catalyst Base Catalyst Oxonium Cation Alkoxide Ion

12.11 : Aldehydy i ketony z wodą: tworzenie hydratów

Tagi

PLAYLIST