水和反応

オキシラン（エチレンオキシドとも呼ばれる環状化合物）の水和により、毎年数百万トンのエチレングリコールが生産されている。

C ₂ H ₄ O + H ₂ O → HO-CH ₂ CH ₂ -OH

酸触媒が一般的に使用される。^{[ 2 ]}

アルケンの水和反応の一般的な化学反応式は以下のとおりです。

RRC=CH ₂ + H ₂ O → RRC(OH)-CH ₃

ヒドロキシル基（OH ⁻ ）が二重結合の一方の炭素に結合し、プロトン（H ⁺）がもう一方の炭素に付加します。この反応は非常に発熱的です。最初の段階では、アルケンが求核剤として働き、マルコフニコフ則に従ってプロトンを攻撃します。2 番目の段階では、H ₂ O分子がもう一方の、より置換基の多い炭素に結合します。この時点での酸素原子は 3 つの結合を持ち、正電荷を帯びています（つまり、この分子はオキソニウムです）。別の水分子がやってきて、余分なプロトンを受け取ります。この反応は多くの望ましくない副生成物（例えば、エタノール生成の過程でジエチルエーテル）を生成する傾向があり、ここで説明した単純な形では、アルコールの製造にはあまり有用とは考えられていません。

2つの方法が取られる。従来、アルケンを硫酸で処理してアルキル硫酸エステルを得る。エタノール製造の場合、この工程は次のように表せる。

H₂SO₄ + C₂H₄ _{→ C₂H₅ -} O - SO₃H_​​​_​​​

続いて、この硫酸エステルは加水分解されて硫酸が再生され、エタノールが放出される。

C₂H₅ _- O - _SO₃H + _H₂O → _{H₂SO₄ +} C₂H₅OH_​​_​​_​​

この2段階の手順は「間接プロセス」と呼ばれます。

「直接法」では、酸がアルケンをプロトン化し、水がこの生成したカルボカチオンと反応してアルコールを生成する。直接法はより簡便であるため、より一般的である。酸触媒にはリン酸やいくつかの固体酸が含まれる。^{[ 1 ]} 以下に、1-メチルシクロヘキセンから1-メチルシクロヘキサノールへの水和反応の反応機構の例を示す。

アルコールを製造するための代替経路は数多くあり、ヒドロホウ素化酸化反応、オキシ水銀化還元反応、向山水和、ケトンやアルデヒドの還元、そして生物学的方法としての発酵などが挙げられる。

アセチレンは水和してアセトアルデヒドを生成する：^{[ 3 ]}このプロセスは通常、水銀触媒に依存しており、欧米では廃止されているが、中国では依然として行われている。Hg2 ⁺中心はC≡C結合に結合し、その後水によって攻撃される。反応は

H₂O + _C₂H₂ → CH₃CHO_​​​​

アルデヒド類、そしてある程度はケトン類も、水和反応によってジェミナルジオールを生成する。この反応は特にホルムアルデヒドで顕著であり、ホルムアルデヒドは水の存在下ではジヒドロキシメタンとして多く存在する。

概念的に類似した反応としては、アミンやアルコールをアルケンに付加するヒドロアミノ化反応やヒドロアルコキシル化反応などが挙げられる。

ニトリルはアミドへの水和を起こしやすい： RCN + H ₂ O → RC(O)NH ₂この反応には触媒が必要です。アクリロニトリルからアクリルアミド を商業的に生産するには酵素が使用されます。