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8.5 : 烯烃的酸催化水合

烯烃在酸存在下与水反应形成醇。 在没有酸的情况下,烯烃的水合不会以显著的速率发生,并且酸在反应中不会被消耗。 因此,烯烃水合是酸催化反应。

Figure1

强酸,如硫酸,在水溶液中完全电离,参与反应的酸是水合氢离子。

Figure2

第一步是烯烃在取代度低的末端缓慢质子化,形成取代度高的碳正离子。

Figure3

第二步是水对碳正离子的亲核攻击,产生氧鎓离子。

Figure4

在最后一步中,pKa 为 15.7 的水充当碱,使 pKa 约为 –2 的酸性氧鎓离子(质子化醇)去质子化,得到最终产物。

Figure5

烯烃水合形成醇和醇脱水形成烯烃这两个过程彼此平衡。 对这种平衡的控制可以用勒夏特列原理来解释,该原理指出,处于平衡状态的系统将进行调整以最小化施加在系统上的任何压力。

在2-甲基丙烯的水合反应中,水位于反应的左侧。 当水量增加时,平衡向右移动,产生更多的酒精。 相反,从系统中消除水会改变平衡以产生更多的烯烃。 因此,稀酸的存在有利于烯烃形成醇,而含水很少的浓酸的存在则相反。

加成反应取决于温度。 由于在该过程中形成新键,这些反应的焓项为负。 相反,熵项是正的,因为两个反应物分子给出一个产物分子。

在低温下,熵项很小,而焓项占主导地位。 因此,吉布斯自由能为负,平衡常数大于 1 会促进产物相对于反应物的形成。

Figure7

然而,在高温下,大熵项支配着焓项,吉布斯自由能为正。 平衡常数小于 1 会使反应发生逆转,这意味着反应物将优先于产物。

Figure7

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Acid catalyzed HydrationAlkenesWaterAlcohol FormationAcid ConsumptionHydronium IonProtonationCarbocationNucleophilic AttackOxonium IonDeprotonationEquilibriumLe Chatelier s Principle2 methylpropeneDilute Acids

来自章节 8:

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