12.11 : Aldehydy i ketony z wodą: tworzenie hydratów

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.