Idratazione acido-catalizzata degli alcheni

Mentre l'aggiunta diretta di acqua a un alchene non porta a nessuna reazione, in presenza di un acido, un alcol si ottiene dall'aggiunta netta di un gruppo ossidrile e di un idrogeno attraverso il doppio legame.

Poiché gli acidi forti, come l'acido solforico, si dissociano completamente in una soluzione acquosa, l'acido che partecipa alla reazione è lo ione idronio.

Il primo passo è la protonazione lenta dell'estremità meno sostituita del doppio legame per formare un carbocatione più sostituito.

Nella seconda fase l'acqua, presente in eccesso, agisce come nucleofilo e attacca il carbocatione per dare lo ione ossonio.

Infine, l'acqua, con un pK_a di 15,7, agisce come base e deprotona lo ione ossonio più acido con un pK_a di circa -2, per produrre il prodotto finale. Il processo è chiamato catalizzato dall'acido, poiché alla fine viene recuperato uno ione idronio che avvia la reazione.

L'idratazione degli alcheni e la disidratazione degli alcoli sono in equilibrio tra loro e la posizione di equilibrio dipende dalla concentrazione di acqua e dalla temperatura.

Secondo il principio di Le Chatelier, il sistema in equilibrio si regola per ridurre le variazioni impiegate.

Ad esempio, nella reazione del 2-metilpropene, l'acqua è presente sul lato sinistro. L'uso di un acido diluito, che ha più acqua, sposta l'equilibrio per formare più alcol.

In alternativa, l'acido concentrato, che ha meno acqua, inverte l'equilibrio per formare l'alchene e l'acqua.

Anche le reazioni di addizione dipendono dalla temperatura. Qui, il termine entalpia è negativo perché la formazione del legame è esotermica. Il termine entropia, prodotto di una variazione di entropia negativa e di un valore di temperatura positivo, è positivo.

A basse temperature, il termine di entropia diventa più piccolo rispetto al termine di entalpia. Pertanto, l'energia libera di Gibbs diventa negativa e la costante di equilibrio maggiore di uno favorisce la formazione dell'alcol.

Al contrario, a temperature più elevate, il termine entropia domina il termine entalpia e la variazione dell'energia libera di Gibbs diventa positiva. Di conseguenza, la costante di equilibrio diventa minore di uno, favorendo la formazione dell'alchene.