Hydratation des alcènes catalysée par l'acide

Alors que l’ajout direct d’eau à un alcène n’entraîne aucune réaction, en présence d’un acide, un alcool est obtenu par l’addition nette d’un groupe hydroxyle et d’un hydrogène à travers la double liaison.

Étant donné que les acides forts, comme l’acide sulfurique, se dissocient complètement dans une solution aqueuse, l’acide participant à la réaction est l’ion hydronium.

La première étape est la protonation lente de l’extrémité la moins substituée de la double liaison pour former un carbocation plus substitué.

Dans un second temps, l’eau, présente en excès, agit en tant que nucléophile et attaque le carbocation pour donner l’ion oxonium.

Enfin, l’eau, avec un pK_a de 15,7, agit comme une base et déprotone l’ion oxonium plus acide avec un pK_a d’environ -2, pour donner le produit final. Le processus est appelé catalysé par l’acide, car un ion hydronium qui initie la réaction est récupéré à la fin.

L’hydratation des alcènes et la déshydratation des alcools sont en équilibre l’une avec l’autre, et la position d’équilibre dépend de la concentration de l’eau et de la température.

Selon le principe de Le Chatelier, le système en équilibre s’ajuste pour réduire les changements employés.

Par exemple, dans la réaction du 2-méthylpropène, de l’eau est présente sur le côté gauche. L’utilisation d’un acide dilué, qui contient plus d’eau, modifie l’équilibre pour former plus d’alcool.

Alternativement, l’acide concentré, qui contient moins d’eau, inverse l’équilibre pour former l’alcène et l’eau.

Les réactions d’addition dépendent également de la température. Ici, le terme d’enthalpie est négatif car la formation de liaison est exothermique. Le terme d’entropie, produit d’une variation d’entropie négative et d’une valeur de température positive, est positif.

À basse température, le terme d’entropie devient plus petit par rapport au terme d’enthalpie. Par conséquent, l’énergie libre de Gibbs devient négative et la constante d’équilibre supérieure à un favorise la formation de l’alcool.

En revanche, à des températures plus élevées, le terme d’entropie domine le terme d’enthalpie, et la variation de l’énergie libre de Gibbs devient positive. Par conséquent, la constante d’équilibre devient inférieure à un, favorisant la formation de l’alcène.