乙烯水合

《石油名词》第一版。

1994年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

水合过程在有机化工中的最早应用是1913年在德国用乙炔水合制乙醛。当前在工业中的主要应用有以下四方面：

①烯烃水合　制备醇类的重要方法，在工业上得到广泛应用的是乙烯水合制乙醇以及丙烯水合制异丙醇：

根据马尔科夫尼科夫规则,只有乙烯水合可生成伯醇,其他烯烃水合均只能生成仲醇或叔醇。烯烃水合有直接水合和间接水合两种方法。间接水合法是先用硫酸吸收烯烃成为硫酸酯，后者再进行水解。这是较老的生产方法，现已为直接水合法所取代。直接水合法采用酸性催化剂（见酸碱催化剂），如用载于硅藻土上的磷酸催化剂、氧化钨、磷钨酸以及强酸性离子交换树脂等。烯烃水合是放热反应，温度低对平衡有利，但温度的选定主要决定于催化剂的活性（见催化活性）。升高压力能提高平衡转化率，但以不致使气相中的水蒸气在催化剂表面凝结为限。

②环氧化合物水合　这是制取二元醇的重要方法，主要是环氧乙烷水合制乙二醇，以及环氧丙烷水合制丙二醇：

用硫酸为催化剂时反应可在常压下进行，在加压下可以不用催化剂。

③腈的水合　这是工业上制取酰胺的重要方法，如丙烯腈水合制丙烯酰胺：最好的催化剂是骨架铜催化剂（见金属催化剂），又开发了生物催化剂。

④炔烃水合　主要是乙炔水合制乙醛：

C2H2 H2O─→CH3CHO

很多强酸都可能形成相对稳定的水合氢离子盐晶体。这些盐有时被称为酸的一水合物。通常，任何具有10⁹或更高的电离常数的酸都可以形成水合氢离子盐。而电离常数小于10⁹的酸一般不能形成稳定的H₃O 盐。

例如，盐酸的电离常数为10⁷，在室温下与水的混合物是液态的。而高氯酸的电离常数为10¹⁰，如果液体无水高氯酸和水以1:1的摩尔比结合，则反应形成固体一水合高氯酸，即高氯酸的水合氢离子盐：

H₂O HClO₄=H₃O ·ClO₄^-

也有很多的含有水合的H₃O 的例子，例如HCl·2H₂O中含有H₅O₂ （H₃O ·H₂O）,HBr·4H₂O中含有H₇O₃ （H₃O ·2H₂O）和H₉O₄ （H₃O ·3H₂O）

有机不饱和烯烃酸催化的水合作用

酸催化水合反应中，一般使用稀硫酸进行催化，处理烯烃可合成醇，遵循马尔科夫尼科夫规则（Markovnikov's rule），反应属于亲电加成，产生碳正离子中间体（SN2），可为任意一级碳正离子，反应过程中，如形成的碳正离子不稳定（例如一级碳正离子），电子或基团会发生转移，形成更加稳定的碳正离子作为中间体。因为在水中，烯烃与醇化物存在化学反应平衡，所以该反应可逆。

如右图所示，电子和功能团的转移，趋向生成三级碳正离子。

水合反应总公式可表示为：

反应中，亲电的氢用于断裂双键，使产生碳正离子。

酸催化下，反应原理如下：

酸催化水合反应温度控制

因为水合反应与脱水反应存在化学平衡，脱水反应在较高温度下有优先性，于是水合反应当尽量控制在稍低的温度，以免平衡逆向。根据产物不同，反应控制的温度也不同。

1. 一级碳正离子：低于170摄氏度

2. 二级碳正离子：低于100摄氏度

3. 三级碳正离子：低于25摄氏度

酸催化水合反应相对速率

有机化学反应中，反应速率往往与反应中间碳稳定性相关，稳定性越高，反应速率相对越高。

在酸催化水合反应中，可形成三级碳正离子中间体的反应物往往反应最快，其次则是二级碳正离子，再其次则是一级碳正离子，如前文所言，一级碳正离子由于其能量过高，甚至会无法形成。

形成碳正离子的步骤，是水合反应中的速率决定性步骤，而形成三级碳正离子的速率可以是形成二级碳正离子的百倍，中间体稳定的重要性对化学反应速率的影响可见一斑。

金属离子之水合反应情形

Na nH₂O → [Na(H₂O)_n]

Al₃ 6H₂O → [Al(H₂O)₆]³ → [H₃O] [Al(H₂O)₅OH]²

PCl₃ 6H₂O → H₃PO₃ 3H₃O 3Cl^-