Vznik hydrátů

Máme tu příklad nukleofilní adiční reakce na aldehyd nebo keton. Tady nalevo by mohl být aldehyd, nebo to můžeme změnit na keton. Pokud přidáme vodu k aldehydu nebo ketonu, dostaneme produkt napravo. Ten se nazývá hydrát nebo také geminální diol, protože tyto dvě OH skupiny jsou na stejném uhlíku. Jsou jako dvojčata. Tato reakce je rovnovážná. Podívejme se na náš aldehyd nebo keton. Víme, že karbonyl v aldehydu nebo ketonu je polarizovaný. Kyslík je elektronegativnější než uhlík, takže si přitáhne elektrony. Tento kyslík je částečně záporně nabitý a tento uhlík částečně kladně nabitý. Díky tomu je karbonylový uhlík s parciálním kladným nábojem elektrofilní, takže chce elektrony. Elektrony může získat z vody. Pojďme si sem nakreslit molekulu vody. Voda může působit jako nuklefil. Má dva volné elektronové páry. Tenhle kyslík je částečně záporně nabitý. Dostáváme nukleofil, který napadne náš elektrofil. Volný elektronový pár na kyslíku napadne karbonylový uhlík. Nukleofil napadá elektrofilní kus molekuly a odkopne tyto elektrony na kyslík. Nakreslíme si výsledek nuklefilního ataku. Teď máme kyslík navázán na uhlík a tenhle kyslík má stále na sobě navázané dva vodíky. Nakreslíme si ty dva vodíky sem. Volný elektronový pár je pořád tady na kyslíku, který díky tomu má +1 formální náboj. A nakonec tu máme tenhle uhlík navázaný na další kyslík, který má dva volné elektronové páry a získal další, takže je na něm formální náboj −1. Pořád je na něj navázaná R skupina a vodík. Budeme sledovat pohyb elektronů. Jeden z volných elektronových párů na kyslíku vytvořil vazbu s uhlíkem, řekneme, že to jsou tyhle elektrony. Budeme se věnovat pí elektronům. Pí elektrony přeskočily na kyslík. Nezáleží na tom, který z elektronových párů to byl, můžeme říct, že to byl tenhle, a dostáváme toto jako náš meziprodukt. Dále se musíme zamyslet nad acidobazickou reakcí. Přijde další molekula vody a my už víme, že voda může působit jako kyselina i báze. Volný elektronový pár si může vzít tenhle proton a nechat tyto elektrony na kyslíku. Nakreslíme si výsledek acidobazické reakce. Kyslík máme tady a je na něj navázaný jen jeden vodík. Napravo je záporně nabitý kyslík, potom je tu R skupina a vodík. Také tu stále je volný elektronový pár a získali jsme další elektronový pár. Ukážeme si je a vyznačíme modrou barvou. Tyto elektrony skončily na kyslíku a my už skoro máme konečný produkt, už skoro máme hotový hydrát. Musíme udělat ještě jednu acidobazickou reakci. Musí samozřejmě přijít další molekula vody. Voda se může chovat jako kyselina nebo jako báze a volný elektronový pár na kyslík by mohl vzít tenhle proton a elektrony tu nechat. Dostáváme konečný produkt. Máme tu hydrát. Mohli bychom samozřejmě zaměnit tenhle a tenhle vodík za R'. Dostali bychom toto, tedy hydrát nebo geminální diol. Ukázali jsme si obecný mechanismus nekatalyzované reakce. Podívejme se na nějaké příklady. Je důležité si pamatovat, že tato reakce je rovnovážná. Ukážeme si tři příklady. Náš první příklad je formaldehyd. Pokud necháme formaldehyd reagovat s vodou, vznikne nám hydrát. V tomto případě je rovnováha nakloněna napravo a upřednostňuje tvorbu hydrátu, protože aldehydy jsou velmi reaktivní. O tom proč jsme si říkali ve videu o reaktivitě aldehydů a ketonů. Máme tu velmi polarizovaný karbonyl, takže tento uhlík je částečně kladný. Jsou tu tyhle vodíky, které nezabírají moc místa, proto je polarizace větší než u ketonů a také je nižší sterické bránění. Díky vysoké reaktivitě aldehydů je preferován tento produkt. Podíváme se na další reakci. Už nemáme aldehyd, tohle je keton, je to aceton. Přidání vody do acetonu nám dává tohle jako produkt - náš hydrát. Akorát že my víme, že ketony nejsou tak reaktivní jako aldehydy, proto je tentokrát rovnováha posunutá doleva a upřednostňuje tvorbu ketonu. Podívejme se na další příklad. Tohle je acetaldehyd. Pokud přidáme vodu k acetaldehydu, produktem bude tento hydrát. Zopakujeme si, že tyto reakce probíhají kvůli tomu, že karbonyl nese částečný kladný náboj a kyslík si přitahuje elektrony k sobě. Můžeme udělat aldehydy a ketony reaktivnější, pokud přidáme něco, co bude odtahovat elektrony od karbonylového uhlíku. Může to být elektronegativní atom, jako například halogen. Zkusíme to. Přidáme tři halogeny. Na uhlík sousedící s karbonylem přidáme tři chlory. Tato elektronakceptorní skupina, tyto velmi elektronegativní atomy odtahují elektronovou hustotu. Přitáhnou si elektrony směrem od karbonylu jako předtím. Uhlík karbonylu je ještě více kladně nabitý kvůli elektronegativním atomům. Čím více kladný je karbonylový uhlík, tím je elektrofilnější, a tím více může dojít k ataku nukleofilu, tedy vody. Přidáním těchto atomů uděláme karbonyl reaktivnější, a tím se posune rovnováha doprava. Vznikne více našeho produktu. Nakreslíme si produkt naší reakce. Dáme sem tři chlory. Mohli bychom to samé udělat s ketony, a tím je udělat mnohem reaktivnější. Tato konkrétní reakce je celkem proslulá. Nalevo máme trichloracetaldehyd. Když vytvoříme hydrát, vznikne chlorhydrát a ten je součástí sedativ. Dříve jste mohli zaslechnout frázi "slip someone a Mickey Finn", to znamenalo dát chlorhydrát někomu do pití, aby usnul. To byla taková zajímavá vsuvka k tvorbě hydrátů.