EQUILIBRI TAUTOMERICI
RAZIONALIZZAZIONE
DEGLI EQUILIBRI TAUTOMERICI
E possibile sulla base di considerazioni riguardanti:
1) i corrispondenti equilibri nei composti aliciclici
2) le energie di legame e l’aromaticità
1) Composti aliciclici
i CHETONI esistono come tali piuttosto
che nella forma enolica
O
OH
106 : 1
∆G = 8 Kcal
2) Composti aromatici
O
OH
cicloesadienone
fenolo
1 : 1010
∆Garomaticità = 36 Kcal
In questi casi, in genere prevale la forma enolica
stabilizzata dall’aromaticità
2) Composti aromatici
O
O
O
O
O
OH
O
Negli idrossifurani l’aromaticità non è
sufficiente a stabilizzare la forma
enolica: prevale la struttura
furanonica (chetonica)
O
OH
O
∆Garomaticità = 16 Kcal
2) Composti aromatici
La situazione è borderline per gli idrossitiofeni
S
OH
∆Garomaticità = 24 Kcal
Consideriamo le Energie di legame …
O
H
OH
C
C
C
C
H
H
C
O
-179
C
O
-86
C
C
-83
C
C
-146
C
H
-99
O
H
-111
-361 Kcal/mol
-343 Kcal/mol
Il chetone è più stabile di ∆E = -18 Kcal/mol
N.B. calcoli molto grossolani: 1) valori medi dell’Energia di legame
2) si riferiscono alla fase gassosa
3) ± 5 Kcal/mol
Consideriamo le Energie di legame …
O
OH
H
H
H
-361
-343
ER≈ -5
ER≈ -36
-366 Kcal/mol
-379 Kcal/mol
Il chetone è meno stabile di ∆E = +13 Kcal/mol
N.B. calcoli molto grossolani: 1) valori medi dell’Energia di legame
2) si riferiscono alla fase gassosa
3) ± 5 Kcal/mol
Se sono presenti più gruppi enolici, l’energia di risonanza può essere
insufficiente a contro-bilanciare il ∆E di legame
O
OH
Resorcina: è enolica ma mostra maggiore
reattività chetonica del fenolo
O
OH
OH
O
Fluoroglucina: comportamento
intermedio tra chetone e fenolo
HO
OH
O
O
L’equilibrio tautomerico nelle AMMIDI
semplici è ancora più spostato verso la
forma “OSSO” che nei chetoni
OH
O
R
R
NH2
NH
Nell’idrossipiridina c’è la possibilità che l’idrogeno si sposti
sull’azoto dell’anello. Tale struttura mantiene gran parte
dell’aromaticità, quindi la sua formazione è favorita
O
OH
O
N
N
N
H
non si forma
(∆Garomaticità = 4 Kcal)
stabile in fase gassosa
(∆Garomaticità = 28 Kcal)
stabile in fase solida
e liquida
(∆Garomaticità = 16 Kcal)
Importanza degli Equilibri tautomerici
Gli elettrofili possono
così attaccare l’azoto
eterociclico
Gli elettrofili possono
attacare l’azoto
esociclico
Reazioni della 2-amminopiridina
Più
stabile
In tutti i casi l’elettrofilo attacca
prima l’azoto eterociclico!
Anche se esistono esempi in letteratura a riguardo, non è
corretto usare metodi chimici per determinare la
preponderanza di un tautomero rispetto ad un altro
Es.: Acidi barbiturici
Relazione tra acidità e tautomeria
Questa relazione può essere sfruttata per studiare gli equilibri tautomerici
(metodo della basicità). Entrambi i tautomeri hanno l’anione in comune.
Studio della tautomeria tramite NMR
Il limite della spettrometria NMR non è però solo determinata dalla scala dei tempi, ma
anche dalla sua sensibilità. Infatti anche con i migliori spettrometri non è possibile
identificare i tautomeri se il rapporto è maggiore di 50:1. In questi casi si ricorre alla
spettroscopia Uv-Vis, sfruttando anche il metodo dei derivati fissi
Concetto dei “derivati fissi”
tautomeri
specie non
tautomeriche, fisse
Lo spettro della 3metanensulfonammidopiridina
(C) mostra la prevalenza della specie
neutra su quella zwitterionica (9:1)
B
C
A
C
A
B
La medesima tecnica è stata applicata al
4-piridinetione (A). Lo spettro di A non fornisce
chiare indicazioni quantitative.
In questo caso si ricorre al metodo della basicità.
A
B
C
Se Kt = K1/K2
catione comune ai
due tautomeri
allora:
Kt ≈ K’1/K’2
p Kt = pK’1 - pK’2
Tautomeria delle piridine
NH2
N
4-amminopiridina
p Kt = +8.7
OH
NH
O
α- e γ-piridoni
N
N
p Kt = -3.3
H
H
SH
3-idrossipiridina
OH
N
p Kt = 0
N
α- e γ-tiopiridoni
S
O
N
N
p Kt = -4.6
H
Gli equilibri tautomerici di piridine sostituite in soluzione acquosa sono
influenzati dal bilancio fra energia di legame e aromaticità
N
H
Gli equilibri tautomerici sono
importanti anche in ambito
biologico, quando si studiano
le interazioni che le
biomolecole possono dare in
un dato ambiente di reazione.
La tautomeria può
influenzare gli studi che
riguardano le interazioni con
le basi azotate presenti negli
acidi nucleici, che nella
forma idrossi- o chetopossono dare diversi legami
a ponte a idrogeno.