Hidratação Catalisada por Ácido de Alcenos

Enquanto a adição direta de água a um alceno não leva a nenhuma reação, na presença de um ácido, um álcool é obtido pela adição líquida de um grupo hidroxila e um hidrogênio através da ligação dupla.

Como os ácidos fortes, como o ácido sulfúrico, se dissociam completamente em uma solução aquosa, o ácido que participa da reação é o íon hidrônio.

O primeiro passo é a protonação lenta da extremidade menos substituída da ligação dupla para formar um carbocátion mais substituído.

Na segunda etapa, a água, presente em excesso, atua como nucleófilo e ataca o carbocátion para dar o íon oxônio.

Por fim, a água, com um pK_a de 15,7, atua como base e desprotona o íon oxônio mais ácido com um pK_a de aproximadamente -2, para produzir o produto final. O processo é chamado de catalisado por ácido, pois um íon hidrônio que inicia a reação é recuperado no final.

A hidratação dos alcenos e a desidratação dos álcoois estão em equilíbrio entre si, e a posição de equilíbrio depende da concentração de água e da temperatura.

De acordo com o princípio de Le Chatelier, o sistema em equilíbrio se ajusta para reduzir as mudanças empregadas.

Por exemplo, na reação do 2-metilpropeno, a água está presente no lado esquerdo. O uso de um ácido diluído, que tem mais água, muda o equilíbrio para formar mais álcool.

Alternativamente, o ácido concentrado, que tem menos água, inverte o equilíbrio para formar o alceno e a água.

As reações de adição também dependem da temperatura. Aqui, o termo entalpia é negativo porque a formação da ligação é exotérmica. O termo entropia, um produto de uma mudança de entropia negativa e um valor de temperatura positivo, é positivo.

Em baixas temperaturas, o termo de entropia torna-se menor em comparação com o termo de entalpia. Portanto, a energia livre de Gibbs torna-se negativa e a constante de equilíbrio sendo maior que um favorece a formação do álcool.

Em contraste, em temperaturas mais altas, o termo de entropia domina o termo de entalpia, e a mudança na energia livre de Gibbs torna-se positiva. Consequentemente, a constante de equilíbrio torna-se menor que um, favorecendo a formação do alceno.