Reacción de hidratación - Hydration reaction

En química , una reacción de hidratación es una reacción química en la que una sustancia se combina con agua. En química orgánica , se agrega agua a un sustrato insaturado, que generalmente es un alqueno o un alquino . Este tipo de reacción se emplea industrialmente para producir etanol , isopropanol y butan-2-ol .

Química Orgánica

Epóxidos a glicol

Varios millones de toneladas de etilenglicol se producen anualmente mediante la hidratación de oxirano , un compuesto cíclico también conocido como óxido de etileno :

C 2 H 4 O + H 2 O → HO – CH 2 CH 2 –OH

Normalmente se utilizan catalizadores ácidos.

Alquenos

Para la hidratación de alquenos, la ecuación química general de la reacción es la siguiente:

RRC = CH 2 en H 2 O / ácido → RRC (OH) -CH 3

Un grupo hidroxilo (OH - ) se une a un carbono del doble enlace, y un protón (H + ) se suma al otro carbono del doble enlace. La reacción es muy exotérmica. En el primer paso, el alqueno actúa como nucleófilo y ataca al protón, siguiendo la regla de Markovnikov . En el segundo paso, una molécula de H 2 O se une al otro carbono más sustituido. El átomo de oxígeno en este punto tiene tres enlaces y tiene una carga positiva (es decir, la molécula es un oxonio ). Llega otra molécula de agua y absorbe el protón extra. Esta reacción tiende a producir muchos productos secundarios indeseables (por ejemplo, éter dietílico en el proceso de creación de etanol ) y en su forma simple descrita aquí no se considera muy útil para la producción de alcohol.

Se toman dos enfoques. Tradicionalmente, el alqueno se trata con ácido sulfúrico para dar ésteres de alquilsulfato . En el caso de la producción de etanol, este paso se puede escribir:

H 2 SO 4 + C 2 H 4 → C 2 H 5 -O-SO 3 H

Posteriormente, este éster de sulfato se hidroliza para regenerar ácido sulfúrico y liberar etanol:

C 2 H 5 -O-SO 3 H + H 2 O → H 2 SO 4 + C 2 H 5 OH

Esta ruta de dos pasos se denomina "proceso indirecto".

En el "proceso directo", el ácido protona el alqueno y el agua reacciona con este carbocatión incipiente para dar el alcohol. El proceso directo es más popular porque es más simple. Los catalizadores ácidos incluyen ácido fosfórico y varios ácidos sólidos . Aquí un ejemplo de mecanismo de reacción de la hidratación de 1-metilciclohexeno a 1-metilciclohexanol:

Hydrationreaction.png

Hay muchas rutas alternativas disponibles para producir alcoholes, incluida la reacción de hidroboración-oxidación , la reacción de oximercuración-reducción , la hidratación de Mukaiyama , la reducción de cetonas y aldehídos y como método biológico la fermentación .

Hidratación de otros sustratos

Cualquier compuesto orgánico insaturado es susceptible de hidratación. Hidratos de acetileno para dar acetaldehído: el proceso generalmente se basa en catalizadores de mercurio y se ha descontinuado en Occidente, pero todavía se practica en China. El centro de Hg 2+ se une al enlace C≡C, que luego es atacado por el agua. La reacción es:

H 2 O + C 2 H 2 → CH 3 CHO

Los nitrilos se hidratan para dar amidas:

H 2 O + RCN → RC (O) NH 2

Esta reacción se emplea en la producción de acrilamida .

Los aldehídos y, hasta cierto punto, incluso las cetonas, se hidratan a dioles geminales . La reacción es especialmente dominante para el formaldehído, que, en presencia de agua, existe significativamente como dihidroximetano.

Las reacciones conceptualmente similares incluyen la hidroaminación y la hidroalcoxilación, que implican la adición de aminas y alcoholes a los alquenos.

Química inorgánica y de materiales

La hidratación es un proceso importante en muchas otras aplicaciones; un ejemplo es la producción de cemento Portland mediante la reticulación de óxidos de calcio y silicatos inducida por el agua. La hidratación es el proceso mediante el cual funcionan los desecantes.

CuSO 4 · 5H 2 O es de color azul brillante y tiene una estructura bastante diferente de su derivado anhidro incoloro.
Polvo de CuSO 4 anhidro

Referencias

  1. ↑ a b Falbe, Jürgen; Bahrmann, Helmut; Lipps, Wolfgang; Mayer, Dieter. "Alcoholes, Alifáticos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a01_279 ..
  2. ^ Siegfried Rebsdat; Dieter Mayer. "Etilenglicol". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a10_101 .
  3. ^ Marc Eckert, Gerald Fleischmann, Reinhard Jira, Hermann M. Bolt, Klaus Golka "Acetaldehyde" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann , 2006, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002 / 14356007.a01_031.pub2 .