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8.5 : 알켄의 산 촉매 수화

알켄은 산이 있을 때 물과 반응하여 알코올을 형성합니다. 산이 없으면 알켄의 수화는 상당한 속도로 일어나지 않으며, 산은 반응에서 소모되지 않습니다. 따라서 알켄 수화는 산 촉매 반응입니다.

Figure1

황산과 같은 강산은 수용액에서 완전히 해리되며, 반응에 참여하는 산은 하이드로늄 이온이다.

Figure2

첫 번째 단계는 치환이 덜 된 말단에서의 알켄의 양성자가 천천히 양성화하여 치환도가 더 높은 탄소 양이온을 형성하는 것입니다.

Figure3

두 번째 단계는 옥소늄 이온을 생성하기 위해 탄수화물에서 물에 의한 친핵성 공격입니다.

Figure4

마지막 단계에서 pKa가 15.7인 물은 염기 역할을 하며 pKa가 약 –2인 산성 옥소늄 이온(양성자화된 알코올)을 탈양성자화하여 최종 생성물을 생성합니다.

Figure5

알켄을 수화하여 알코올을 형성하는 과정과 알코올을 탈수하여 알켄을 형성하는 두 과정은 서로 평형을 이룹니다. 이 평형에 대한 제어는 평형 상태의 시스템이 시스템에 가해지는 스트레스를 최소화하도록 조정된다는 르샤틀리에 원리로 설명할 수 있습니다.

2-메틸프로펜의 수화에서 물은 반응의 왼쪽에 있습니다. 물의 양이 증가하면 평형은 오른쪽으로 이동하여 더 많은 알코올을 생성합니다. 대조적으로, 시스템에서 물을 제거하면 평형이 이동하여 더 많은 알켄이 생성됩니다. 따라서 묽은 산이 있으면 알켄에서 알코올이 형성되는 데 유리한 반면, 물이 거의 포함되지 않은 농축 산이 있으면 그 반대가 발생합니다.

첨가 반응은 온도에 따라 달라집니다. 이러한 반응의 엔탈피 항은 과정 중에 새로운 결합이 형성되기 때문에 음수입니다. 대조적으로, 엔트로피 항은 두 개의 반응물 분자가 하나의 생성물 분자를 생성하므로 양수입니다.

저온에서는 엔트로피 항이 작고 엔탈피 항이 지배적입니다. 따라서 깁스 자유 에너지는 음수이고 평형 상수가 1보다 크면 반응물에 대한 생성물 형성이 촉진됩니다.

Figure7

그러나 고온에서는 큰 엔트로피 항이 엔탈피 항을 지배하고 깁스 자유 에너지는 양수입니다. 평형 상수가 1보다 작으면 반응이 반전되어 반응물이 생성물보다 선호된다는 것을 의미합니다.

Figure7

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

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