有机化学中的水解反应和脱水反应

Question

如题所述

Answer 1

水解反应，又称取代反应，是指在溶液中盐类电离出的离子与水电离出的氢离子和氢氧根结合生成弱电解质的反应。无机物在水中分解通常是双分解过程，水分子也被分解，和被水解的物质残片结合形成新物质，如氯气在水中分解生成盐酸和次氯酸；碳酸钠水解会产生碳酸氢钠和氢氧化钠；氯化铵水解会产生盐酸和氨水等。有机物的分子一般都比较大，水解时需要酸或碱作为催化剂，有时也用生物活性酶作为催化剂。在酸性水溶液中，脂肪会水解成甘油和脂肪酸；淀粉会水解成麦芽糖、葡萄糖等；蛋白质会水解成氨基酸等分子量比较小的物质。在碱性水溶液中，脂肪会分解成甘油和固体脂肪酸盐，即肥皂，因此这种水解也叫作皂化反应。
水与另一化合物反应，该化合物分解为两部分，水中氢原子加到其中的一部分，而羟基加到另一部分，因而得到两种或两种以上新的化合物的反应过程。工业上应用较多的是有机物的水解，主要生产醇和酚。水解反应是中和或酯化反应的逆反应。大多数有机化合物的水解，仅用水是很难顺利进行的。根据被水解物的性质，水解剂可以用氢氧化钠水溶液、稀酸或浓酸，有时还可用氢氧化钾、氢氧化钙、亚硫酸氢钠等的水溶液。这就是所谓的加碱水解和加酸水解。水解可以采用间歇或连续式操作，前者常在釜式反应器中进行，后者则多用塔式反应器。
脱水反应指有水分子析出的反应过程。但通常不包括由水合晶体或其他水合物中脱除水分子的过程。脱水可在加热或催化剂作用下进行，也可在与脱水剂反应下进行；可以发生在化合物分子内部，即分子内脱水，也可以发生在同一化合物的两个分子之间，即分子间脱水。1809年P.布莱提出了由乙醇脱水可制乙醚，此反应至今仍是乙醚生产方法的基础。第一次世界大战期间，德国比特费尔德的敏笑电化学工厂最早使用乙醇脱水以生产乙烯；1929年，德国法本公司开发了由甲酰胺脱水制氢氰酸的方法。
脱水反应是水合反应的逆过程，通常为吸热反应，一般高温低压有利于反应进行。因此，工业上，这一过程都在比相应的逆过程即水合较高的温度下进行。此外，脱水过程绝大多数须在催化剂存在下进行。水合过程所用的催化剂——酸催化剂也适用于脱水，常用的是硫酸、磷酸、三氧化二铝等。用于工业生产的主要脱水过程有：
①醇的脱水：一元醇脱水时，根据反应温度的不同，生成烯烃或醚。例如：乙醇催化脱水，在300°C以上主要得乙烯；在250°C以下得乙醚。由芳醇、氰基醇催化脱水时，得相应的烯基芳烃及不饱和腈，例如由甲基苄醇脱水可得苯乙烯；3-羟基丙腈脱水得丙烯腈。二元醇脱水时，可形成环氧化合物，如1,4-丁二醇脱水制四氢呋喃。
②酸的脱水：一元羧酸脱水可生成酐，但通常不用其作为制酐的方法。醋酸加热到700～750°C脱水生成乙烯酮，是制乙烯酮的主要方法。二元羧酸经加热可在较低温度下形成酸酐，例如由顺丁烯二酸脱水制顺丁烯二酸酐。硝酸可在脱水基（通常为P2O5）的存在下生成五氧化二氮（N2O5）。
③酰胺脱水：酰胺脱水可得饱和腈（或氢氰酸），例如工业上曾由甲酰胺脱水生产氢氰酸，由己二酸二酰胺脱水生成己二腈。