Hidratación de alquenos catalizada por ácido

Mientras que la adición directa de agua a un alqueno no conduce a ninguna reacción, en presencia de un ácido, se obtiene un alcohol mediante la adición neta de un grupo hidroxilo y un hidrógeno a través del doble enlace.

Dado que los ácidos fuertes, como el ácido sulfúrico, se disocian completamente en una solución acuosa, el ácido que participa en la reacción es el ion hidronio.

El primer paso es la protonación lenta del extremo menos sustituido del doble enlace para formar un carbocatión más sustituido.

En el segundo paso, el agua, presente en exceso, actúa como nucleófilo y ataca el carbocatión para dar el ion oxonio.

Por último, el agua, con un pK_a de 15,7, actúa como base y desprotona el ion oxonio más ácido con un pK_{a de} aproximadamente -2, para producir el producto final. El proceso se denomina catalizado por ácido, ya que al final se recupera un ion hidronio que inicia la reacción.

La hidratación de los alquenos y la deshidratación de los alcoholes están en equilibrio entre sí, y la posición de equilibrio depende de la concentración de agua y la temperatura.

Según el principio de Le Chatelier, el sistema en equilibrio se ajusta para reducir los cambios empleados.

Por ejemplo, en la reacción del 2-metilpropeno, el agua está presente en el lado izquierdo. El uso de un ácido diluido, que tiene más agua, cambia el equilibrio para formar más alcohol.

Alternativamente, el ácido concentrado, que tiene menos agua, invierte el equilibrio para formar el alqueno y el agua.

Las reacciones de adición también dependen de la temperatura. Aquí, el término de entalpía es negativo porque la formación del enlace es exotérmica. El término de entropía, producto de un cambio de entropía negativo y un valor de temperatura positivo, es positivo.

A bajas temperaturas, el término de entropía se vuelve más pequeño en comparación con el término de entalpía. Por lo tanto, la energía libre de Gibbs se vuelve negativa y la constante de equilibrio al ser mayor que uno favorece la formación del alcohol.

Por el contrario, a temperaturas más altas, el término de entropía domina el término de entalpía, y el cambio en la energía libre de Gibbs se vuelve positivo. En consecuencia, la constante de equilibrio se vuelve menor que uno, favoreciendo la formación del alqueno.