什么是烯醇

仿佛只要提到醛和酮,老师的声音就会在你的耳边响起:

醛酮式可以互变成烯醇式,但是烯醇式不稳定,分子大多以醛酮式存在

但从来没有人向你解释清楚

烯醇为什么不稳定?

有机化学的反应就是电子的得失,就是电子竞技
而吉尔伯特·路易斯(Gilbert N.Lewis)说过,能提供电子对的就是碱,能接受电子对的就是酸。
归根结底,电子竞技也是酸碱反应。

我们来看醛酮的两种互变异构——醛(酮)式与烯醇式。

丙酮烯醇互变

部分眼尖的同学已经发现了端倪——酮式和烯醇式的两个脱氢离子,其实就是烯醇离子的两个共振极限式, 这意味着这两个化学式所代表的物质,在客观实际上是完全等同的。这是一个C-C-O三中心的大π键,一个负电荷游离在其中。

烯醇中的羟基结构受到烯中的碳碳双键影响,能够与碳碳双键形成p-π共轭。这一结构能够有效分散羟基氧上的电子云,提高羟基氢的酸性。在丙酮中,该羟基氢的pKa≈10.94[1](水溶液)。而同样在水溶液中,丙酮C-H键的pKa则高达19.27[2](水溶液)。这意味着它们的解离平衡存在以上的差距,即羟基氢的酸性远高于烷基氢的酸性,而其共轭碱羟基负离子的碱性远小于碳负离子的碱性。

丙酮烯醇离子表示

因此,羟基氢一旦发生电离,那么电离后的阳离子就会形成大π键,而碳负离子捕获电子的能力远大于氧负离子,羟基游离出来的氢离子大量被碳负离子捕获,形成甲基,而由于电子被碳原子用于成键,大π键结构破坏,碳与氧恢复一个普通π键,形成酮式结构。

丙酮烯醇离子平衡

稳定的烯醇

从根本上说,烯醇的互变异构本身就是两个碱争夺氢离子的过程。更强的碱能够形成能量更低的结构,因此体系更容易向其方向转化。

了解了烯醇不稳定的原理,我们也可以继续分析哪些烯醇是稳定的烯醇

β-二羰基化合物:乙酰丙酮

β-二羰基化合物:乙酰丙酮

β-二羰基化合物是一类很常用的反应物,两个羰基中间的亚甲基由于受到羰基影响,表现出很强的酸性(水溶液pKa≈8.8),而其烯醇结构的pKa也在8.3左右[3]。 因此,我们一般认为该化合物同时具有较稳定的烯醇结构和二羰基结构。因此它有时会被写为4-羟基戊-3-烯-2-酮这样的烯醇式。

通常来说,那些能够形成无电荷的共轭结构的烯醇,都有或多或少的稳定性,其中一个极端的例子就是酚,其烯醇结构直接形成稳定的芳香大π键,使得互变平衡极大偏向于烯醇。


  • 本文参考了来自清华大学和南开大学合作整理的iBonD数据库,该数据库提供了便捷的渠道,以查询各种化合物的pKa及其来源文献。

什么是烯醇
https://eh.cx/2024/10/16/什么是烯醇/
作者
MatsuzakaSato
发布于
2024年10月16日
许可协议