Кратко: для превращения алкена (1‑бутен) в смесь бутанов и бутанолов возможны несколько принципиально разных путей; выбор механизма и селективность зависят от природы катализатора (гомогенный/гетерогенный, металлы vs. кислоты), условий (H2, T, p, растворитель) и от способа активации двойной связи (электрофильная, радикальная, металлоорганическая, каталитическая адсорбция). Ниже — перечень путей с качественными энергетическими профилями и факторами селективности.

1) Каталитическое гидрирование → бутан (C4H10)

Механизм (гетерогенный, Pd/Pt/Ni): адсорбция алкена на поверхности → перенос H (адсорбция/диссоциация H2) → промежуточные поверхностные комплексы → десорбция алкана.Энергетический профиль: адсорбция немного экзотермична; переходные состояния невысокие. Типичные барьеры активации сравнительно малы: ( \sim 20\text{–}80\ \mathrm{kJ/mol}) в зависимости от металла/размера частиц; общий процесс сильно экзотермичен.Селективность: высокая к бутану при избыточном H2 и активном металле; возможна изомеризация (1→2‑бутен) перед гидрированием при мягких условиях и сильных адсорбциях.

2) Кислотная (электрофильная) гидратация → преимущественно 2‑бутанол (Марковников)

Механизм (H2SO4, H3PO4, твердые кислотные катализаторы, цеолиты): протонирование двойной связи → карбокатион (ключевой промежуточный) → нуклеофильное присоединение H2O → дегидратация/десорбция и отщепление протона.Энергетика: образование карбокатиона — относительно высокий локальный барьер и высокоэнергетический промежуточный уровень; барьер роста зависит от стабильности карбокатиона (для 2‑бутилового карбокатиона стабилизация). Типичные барьеры: ( \sim 80\text{–}160\ \mathrm{kJ/mol}).Селективность: Марковниковская; склонность к перескоку (реарранжировки) и к побочным реакциям (полимеризация, олигомеризация). Твердые цеолиты дают дополнительную пространственную селективность (shape selectivity).

3) Оксигидратация/оксимеркурирование (oxymercuration–demercuration) → 2‑бутанол без реарранжировок

Механизм (Hg(OAc)2 / затем NaBH4): образование меркурониевого иона (циклический интермедиат) → нуклеофильное открытие водой → восстановление Hg.Энергетика: барьеры умеренные, карбокатионоподобный интермедиат стабилен, реарранжировки подавлены; барьеры ( \sim 40\text{–}100\ \mathrm{kJ/mol}).Селективность: Марковниковская, минимальные реарранжировки.

4) Гидроборирование–окисление → 1‑бутанол (анти‑Марковников)

Механизм (BH3/THF → H2O2/NaOH): синхронное циклическое присоединение B–H к двойной связи (син‑аддиция), затем окисление и замена B на OH.Энергетика: гидроборирование — низкобарьерный, стехиометрический и высокоселективный шаг; барьер порядка ( \sim 30\text{–}70\ \mathrm{kJ/mol}).Селективность: анти‑Марковниковская, даёт 1‑бутанол с высокой селективностью; удобен в гомогенной органической синтезе, менее пригоден для масштабной каталитической промышленности без регенерации бора.

5) Wacker‑окисление → кетон (2‑бутанон) → восстановление → 2‑бутанол

Механизм (PdCl2/CuCl2, вода): координация Pd(II) к алкену → нуклеофильная атака воды → β‑гидридное элиминирование → кетон; затем NaBH4/H2 редукция в спирт.Энергетика: координация и образование промежуточного алкиль‑Pd умеренно энергетически затратны; барьеры ( \sim 50\text{–}120\ \mathrm{kJ/mol}).Селективность: даёт кетон (марковниковская для терминал. алкенов → кетон) → после восстановления даёт 2‑бутанол.

6) Радикальные / H‑переносные маршруты и гидросиланирование + гидролиз → анти‑Марковниковые или смесь спиртов

Механизм (фотокатализ, пероксиды, MHAT): образование радикала → захват ROH/H → выбор места присоединения определяется стабильностью радикала и условиями.Энергетика: зависима от природы радикала; барьеры часто умеренные, реакция может быть легче при световой активации.Селективность: гибкая, можно направлять в анти‑Марковниковскую сторону при подходящей системе.

7) Бифункциональные катализаторы (металл + кислотные сайты, цеолиты с металлами)

Механизм: сначала адсорбция и/или гидрирование/изомеризация на металле, затем кислотная гидратация; возможны последовательности, приводящие к смеси спиртов и алканов.Энергетика: сложный многоточечный профиль с несколькими TS; относительные барьеры определяют основную селективность.Селективность: можно настроить (через размер пор цеолита, соотношение кислотных/металлических сайтов, температура, H2 давление) для предпочтения гидрирования (бутан) или гидратации (бутанолы).

Факторы, определяющие селективность (кратко)

Механизм присоединения: карбокатион → Марковников/реарранжировки; цикл. интегрированные механизмы (гидроборирование, меркурирование) → нет реарранжировок; каталитическое гидрирование → бутан.Природа катализатора: металл (Pd, Pt, Ni) — гидрирование; Brønsted/Lewis кислоты — гидратация/изомеризация; боровые реагенты — анти‑Марковниковая гидратация; Pd(II) — Wacker.Условия: наличие/давление H2 (смещает к бутану), вода (нужна для гидратации/Wacker), температурa (высокая T усиливает изомеризацию, олигомеризацию); растворитель (полярные усиливают ионные механизмы).Структурное влияние: внутренние/терминальные алкены имеют разную стабильность карбокатионов и адсорбции; стериxность и замещение влияют на барьеры.Пространственная селективность: пористые катализаторы (цеолиты) ограничивают переходные состояния и подавляют побочные реакции.

Практические рекомендации

Если нужен бутан: выбрать активный металл (Pd/C, Pt, Ni) при избыточном H2, низкой T — минимальные побочные продукты.Если нужен 2‑бутанол без реарранжировок: oxymercuration–demercuration или Wacker→восстановление; твердокислотные каталитические гидратации дают 2‑бутанол, но с риском реарранжировок.Если нужен 1‑бутанол: гидроборирование–окисление (BH3 → H2O2/NaOH) или современные каталитические гидрофункционализации/радикальные методы.Для регулируемой смеси используйте бифункциональные каталитические системы и контролируйте (p_{\mathrm{H_2}}), температуру и кислотность.

Итог: выбор механизма определяется желаемым продуктом (бутан vs 1‑ или 2‑бутанол), доступностью катализатора и допустимыми побочными реакциями; энергетические профили различаются по высоте ключевых барьеров: гидрирование и гидроборирование — относительно низкие барьеры, электрофильная гидратация (карбокатион) — более высокие и склонные к реарранжировкам, Wacker/оксидативные маршруты — умеренные.