В химии гидрат — это вещество, содержащее воду или ее составляющие элементы. Химическое состояние воды сильно различается между различными классами гидратов, некоторые из которых были так обозначены до того, как была понята их химическая структура.
Гидраты — это неорганические соли, «содержащие молекулы воды, объединенные в определенном соотношении как неотъемлемая часть кристалла » [ 1] , которые либо связаны с металлическим центром, либо кристаллизовались с металлическим комплексом. Говорят также, что такие гидраты содержат кристаллизационную воду или воду гидратации . Если вода — тяжелая вода , в которой составляющим водородом является изотоп дейтерий , то вместо гидрата можно использовать термин дейтерат . [2] [3]
Ярким примером является хлорид кобальта(II) , который при гидратации меняет цвет с синего на красный и поэтому может использоваться в качестве индикатора воды.
Обозначение " гидратированное соединение ⋅ n H 2 O ", где n - число молекул воды на единицу формулы соли, обычно используется для того, чтобы показать, что соль гидратирована. Обычно n - это небольшое целое число , хотя возможны и дробные значения. Например, в моногидрате n = 1, а в гексагидрате n = 6. Числовые префиксы в основном греческого происхождения: [4]
Гидрат, потерявший воду, называется ангидридом ; оставшаяся вода, если таковая имеется, может быть удалена только очень сильным нагреванием. Вещество, не содержащее воды, называется безводным . Некоторые безводные соединения гидратируются так легко, что их называют гигроскопичными и используют в качестве осушителей или осушителей .
В органической химии гидрат — это соединение, образованное гидратацией, т. е. «добавлением воды или элементов воды (т. е. H и OH) к молекулярному объекту». [5] Например: этанол , CH 3 −CH 2 −OH , является продуктом реакции гидратации этена , CH 2 =CH 2 , образованного добавлением H к одному C и OH к другому C, и поэтому может рассматриваться как гидрат этена. Молекула воды может быть устранена, например, под действием серной кислоты . Другим примером является гидрат хлораля , CCl 3 −CH(OH) 2 , который может быть образован реакцией воды с хлоралем , CCl 3 −CH=O .
Многие органические молекулы, а также неорганические молекулы, образуют кристаллы, которые включают воду в кристаллическую структуру без химического изменения органической молекулы ( кристаллизационная вода ). Сахар трегалоза , например, существует как в безводной форме ( температура плавления 203 °C), так и в виде дигидрата (температура плавления 97 °C). Кристаллы белка обычно содержат до 50% воды.
Молекулы также маркируются как гидраты по историческим причинам, не рассмотренным выше. Глюкоза , C 6 H 12 O 6 , изначально считалась C 6 (H 2 O) 6 и описывалась как углевод .
Образование гидратов является обычным для активных ингредиентов . Многие производственные процессы предоставляют возможность для образования гидратов, а состояние гидратации может изменяться в зависимости от влажности окружающей среды и времени. Состояние гидратации активного фармацевтического ингредиента может существенно влиять на растворимость и скорость растворения, а следовательно, и на его биодоступность . [6]
Клатратные гидраты (также известные как газовые гидраты, газовые клатраты и т. д.) представляют собой водяной лед с запертыми внутри молекулами газа; они являются формой клатрата . Важным примером является гидрат метана (также известный как газовый гидрат, клатрат метана и т. д.).
Неполярные молекулы, такие как метан, могут образовывать клатратные гидраты с водой, особенно под высоким давлением. Хотя между водой и гостевыми молекулами нет водородных связей , когда гостевой молекулой клатрата является метан, водородные связи гость-хозяин часто образуются, когда гостем является более крупная органическая молекула, такая как тетрагидрофуран . В таких случаях водородные связи гость-хозяин приводят к образованию дефектов Бьеррума L-типа в решетке клатрата. [7] [8]
Устойчивость гидратов обычно определяется природой соединений, их температурой и относительной влажностью (если они подвергаются воздействию воздуха).