アルケンの酸触媒による水和

アルケンに水を直接添加しても反応は起こりませんが、酸の存在下では、二重結合にヒドロキシル基と水素が正味で付加することでアルコールが得られます。

硫酸のような強酸は水溶液中で完全に解離するため、反応に関与する酸はヒドロニウムイオンです。

最初のステップは、二重結合の置換されていない末端がゆっくりとプロトン化され、より置換されたカルボカチオンを形成することです。

第2ステップでは、過剰に存在する水が求核剤として作用し、カルボカチオンを攻撃してオキソニウムイオンを生成します。

最後に、pK_aが15.7の水が塩基として作用し、pK_aが約-2のより酸性のオキソニウムイオンを脱プロトン化して最終生成物を生成します。このプロセスは酸触媒と呼ばれ、反応を開始するヒドロニウムイオンが最後に回収されます。

アルケンの水和とアルコールの脱水は互いに平衡状態にあり、平衡位置は水の濃度と温度に依存します。

ル・シャトリエの原理によれば、均衡状態にあるシステムは、使用される変化を減らすように調整されます。

例えば、2-メチルプロペンの反応では、左側に水が存在します。より多くの水を含む希酸を使用すると、平衡がシフトしてより多くのアルコールが形成されます。

あるいは、水が少ない濃酸は平衡を逆転させてアルケンと水を形成します。

付加反応も温度に依存します。ここで、エンタルピー項は、結合形成が発熱性であるため、負です。負のエントロピー変化と正の温度値の積であるエントロピー項は正です。

低温では、エントロピー項はエンタルピー項に比べて小さくなります。したがって、ギブスの自由エネルギーは負になり、平衡定数が1より大きいとアルコールの形成に有利になります。

対照的に、より高い温度では、エントロピー項がエンタルピー項を支配し、ギブス自由エネルギーの変化は正になります。その結果、平衡定数は1未満になり、アルケンの形成に有利になります。