8.5 : Hidratação Catalisada por Ácido de Alcenos

Os alcenos reagem com água na presença de um ácido para formar um álcool. Na ausência de ácido, a hidratação dos alcenos não ocorre a uma taxa significativa e o ácido não é consumido na reação. Portanto, a hidratação do alceno é uma reação catalisada por ácido.

Ácidos fortes, como o ácido sulfúrico, dissociam-se completamente em solução aquosa, e o ácido que participa da reação é o íon hidrônio.

A primeira etapa é a protonação lenta de um alceno na extremidade menos substituída para formar o carbocátion mais substituído.

A segunda etapa é o ataque nucleofílico da água no carbocátion para formar um íon oxônio.

Na última etapa, a água, com pK_a de 15,7, atua como base e desprotona o íon oxônio ácido (álcool protonado), que possui pK_a de aproximadamente –2, para produzir o produto final.

Os dois processos, hidratação de alcenos para formar álcoois e desidratação de álcoois para formar alcenos, estão em equilíbrio entre si. O controle sobre este equilíbrio pode ser explicado pelo princípio de Le Chatelier, que afirma que um sistema em equilíbrio se ajustará para minimizar qualquer tensão colocada no sistema.

Na hidratação do 2-metilpropeno, a água está no lado esquerdo da reação. Quando a quantidade de água aumenta, o equilíbrio se desloca para a direita, produzindo mais álcool. Em contraste, a eliminação da água do sistema altera o equilíbrio para produzir mais alceno. Assim, a presença de ácidos diluídos favorece a formação de álcoois a partir de alcenos, enquanto o inverso ocorre na presença de ácidos concentrados que contêm muito pouca água.

As reações de adição são dependentes da temperatura. O termo de entalpia para essas reações é negativo à medida que novas ligações são formadas durante o processo. Em contraste, o termo de entropia é positivo porque as duas moléculas reagentes produzem uma molécula de produto.

Em baixas temperaturas, o termo de entropia é pequeno e o termo de entalpia domina. Assim, a energia livre de Gibbs é negativa, e a constante de equilíbrio sendo maior que um promove a formação de produto sobre os reagentes.

Contudo, a altas temperaturas, o grande termo de entropia domina o termo de entalpia e a energia livre de Gibbs é positiva. A constante de equilíbrio sendo menor que um inverte a reação, implicando que os reagentes serão favorecidos em relação aos produtos.