Puede que hayas elegido un ejemplo incómodo porque no estoy seguro de que $\ce{Al2O3}$ sea realmente molecular. Generalmente es cristalino e incluso puede estar en forma de nanocristales, en cuyo caso habrá una considerable energía de enlace de red que superar. En su forma dopada, con el ion Cr$^{3+}$ ocasional, es el mineral Rubí que claramente no es soluble en agua.
En el caso general, la polaridad no es la única consideración para la solubilidad. Existe un cambio de entropía de mezcla que siempre es favorable cuando se mezclan dos especies y también un cambio de entalpía al colocar moléculas de un tipo en el otro. La entalpía es donde entra en juego la polaridad.
En el agua en particular, hay otros cambios de entropía que considerar debido a que el agua está tan fuertemente unida por puentes de hidrógeno. La estructura de enlace de H se descompone cuando se añade un soluto y el agua entonces tiene que 'cubrir la brecha' alrededor del soluto. Esto forma una disposición de agua más estructurada que antes de añadir el soluto, por lo que la entropía se reduce. Esto es principalmente responsable de la insolubilidad en agua.
Medimos el proceso considerando el cambio de energía libre como $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ donde $\Delta H$ es el cambio de entalpía, $\Delta S$ el de entropía. Cuando el proceso es favorable $\Delta G$ será negativo.
Sorprendentemente, agregar, por ejemplo, ciclohexano no polar al agua tiene un cambio de entalpía ($\Delta H$) que está cerca de cero, mientras que para una molécula polar $\Delta H$ será negativo. La formación de puentes de hidrógeno con ciclohexano hará que el cambio en entropía sea negativo, haciendo que la energía libre sea positiva, lo cual es desfavorable.
Con una molécula polar en agua, no es necesario un puente de enlace de H en la misma medida que para una molécula no polar y el cambio en entropía es menor, por lo que con su $\Delta H$ negativo, la molécula polar tiene un $\Delta G$ negativo y puede disolverse.
