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Transkript Keto-Enol-Tautomerie

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die Keto-Enol-Tautomerie. Um das Video zu verstehen, solltet ihr wissen oder euch daran erinnern, was Ketone sind. Ketone sind chemische Verbindungen, die zwischen 2 organischen Gruppen R und R' eine Karbonylgruppe C Doppelbindung O einschließen. Der Film ist wie folgt strukturiert. 1. CH-Acidität. 2. Keto-Enol-Tautomerie. 3. Tautomere. 4. Stabile Enole und 5. Zusammenfassung.   1. CH-Acidität. Man soll es nicht glauben, aber auch das Methanmolekül ist in sehr geringem Maß Acid. Das heißt, man kann es zu einer chemischen Reaktion bewegen, bei der sich ein Carbanion bildet. Die Abspaltung des Protons vom Methanmolekül ist aber alles andere als thermodynamisch günstig. Der PKs Wert beträgt 48. Eine Verbesserung der Situation erzielt man, indem man anstelle des Methanmoleküls ein Acetonmolekül wählt. Auch hier bildet sich ein Carbanion und ein Proton wird abgespalten. Der PKs Wert für Aceton beträgt 20. Das bedeutet, dass Aceton eine 1028 mal stärkere Säure als Methan ist. Wie kommt dieser gigantische Unterschied zustande? Das Sauerstoffatom ist elektronenziehend. Es kommt hier zu einem -I Effekt. Ein induktiver Effekt verbunden mit negativen Vorzeichen bedeutet, dass es ein Elektronen ziehender Effekt ist. Um die Ursachen der Acidität zu finden, wollen wir uns die Reaktion noch ein Mal etwas näher anschauen. Aceton bildet ein Carbanion und ein Wasserstoffion wird freigesetzt. Die Reaktion läuft dann besser ab, wenn eine erhöhte Stabilität des Carbanions vorliegt. Im Carbanion zieht das Sauerstoffatom Elektronen an und es kommt zu einer Umlagerung der Elektronenpaare. Die positive Ladung verschiebt sich vom Kohlenstoffatom zum Sauerstoffatom und es entsteht ein neues Ion. Das neue Ion heißt Enolation. Es ist aber kein eigenständiges Ion, sondern steht in Mesomerie zum ursprünglich abgebildeten Carbanion. Das tatsächliche Anion habe ich unten abgebildet. Die elektrische Ladung, genauso wie das Elektronenpaar, sind delokalisiert zwischen den beiden Kohlenstoffatomen und dem Sauerstoffatom. Somit ist das bei der Abspaltung des Protons gebildete Ion Mesomerie stabilisiert. Somit können wir die Ursachen der Acidität der Ketone zusammenfassen. Die erste Ursache ist im -I Effekt des Ketonmoleküls zu suchen. Der zweite Grund steht im Zusammenhang mit dem M Effekt des gebildeten Anions und der dadurch entstandenen zusätzlichen Stabilität.   2. Keto-Enol-Tautomerie. Kommen wir nun zur eigentlichen Tautomerie. Wir haben gelernt, dass ein Acetonmolekül Protonen abspalten kann. Nehmen wir an, dass sich dabei ein gewisser Anteil der Enolform im Anion bildet. Wird das Anion wieder protoniert, so erhält man ein Enol. Aus dem Keton entsteht ein Enol. Aus der Ketoform entsteht die Enolform. Beide Formen stehen miteinander im chemischen Gleichgewicht. Dieses Gleichgewicht bezeichnet man auch als Tautomerie-Gleichgewicht. Für chemische Prozesse ist drittens wichtig, wie groß der Anteil der beteiligten Tautomere ist. Im Fall des Acetons ist es stark in Richtung des Ketons verschoben. Nur etwa 1% bilden im Gleichgewichtsgemisch das Enol. Das Keto-Enol-Gleichgewicht ist im Fall des Cyclohexanols ebenfalls stark in Richtung des Ketons verschoben. Die Reaktionen sind stark endergon. Mit Delta G0 = 46 kj/mol. Die höhere Stabilität der Keto- gegenüber der Enolform wird im Stoffwechsel ausgenutzt. Das sieht man sehr schön an der Umwandlung von PEP. Von Phosphoenolpyruvat. Durch Einwirkung von Wasser bildet sich das unstabilisierte Enol. Dieses wandelt sich in das energetisch günstige Keton um. Der Prozess ist exergon mit Delta G0 ist gleich -62 kj/mol.   4. Stabile Enole. Im Abschnitt 3 habe ich gesagt, dass Phosphoenolpyruvat ein stabilisiertes Enol ist. Aber wann sind Enole stabil? Ein Lehrbeispiel für ein stabiles Enol ist die Enolform des Acetylacetons. Schaut man sich das Molekül der Enolform an, so fallen einem zwei Dinge auf. Erstens: die beiden Doppelbindungen liegen in konjugierter Verbindung vor. Als Zweites bildet das Wasserstoffatom oben mit dem Sauerstoffatom der Karbonylgruppe eine Wasserstoffbrückenbindung aus. Damit erhält das Enolmolekül eine 2-fache Stabilisierung. Im Gleichgewicht befinden sich 90% Enol gegenüber 10% Keton. Und tatsächlich, der PKs Wert beträgt 9. Damit kommt man bereits in den Bereich schwacher Säuren. Zum Vergleich: Der PKs von Wasser beträgt etwa 16.   5. Zusammenfassung. Aceton ist eine leicht saure Verbindung. Es hat einen PKs Wert von 20. Man kann sich vorstellen, dass das Molekül deprotoniert und sich ein Anion bildet. Der Enolanteil des Anions macht es möglich, dass bei Anlagerung des Protons sich ein Enol bildet. Keton und Enol stehen zueinander im chemischen Gleichgewicht. Im Fall des Acetons liegt das chemische Gleichgewicht zu 99% beim Ausgangsstoff. Der energetische Unterschied zwischen Keto und Enolform wird bei Stoffwechselprozessen ausgenutzt. Nachdem die stabile Enolform des Phosphoenolpyruvat aufgegeben wurde, bildet sich ein Enol. Dieses Enol tautomerisiert in die Ketoform. Dabei wird eine Energie von 62 kj/mol frei. Ein Lehrbeispiel für eine stabile Enolform ist die Enolform des Acetylacetons. Das entstandene Molekül wird aus 2 Gründen stabil. Zum einen gibt es hier ein paar konjugierter Doppelbindungen. Zum anderen wird hier ein Ring geschlossen. Es bildet sich ein Komplex vom Typ der Wasserstoffbrückenbindung. Im chemischen Gleichgewicht liegen 90% Enol gegenüber 10% Ketonform. Diese Beobachtung ist in Übereinstimmung gegenüber der Tatsache, dass der PKs Wert für Acetylaceton 9 beträgt. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen.

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3 Kommentare
  1. 001

    Ich dachte, dass das nach dem Thema der Aromatizität nun klar ist.
    Also: -=-=-=-=
    Dabei ist es egal, ob verzweigt oder unverzweigt, Ring oder Kette. Du hast schon recht.
    Die Verbindungsklasse der Enole als solche gibt es nicht. Sie entstehen meist nur in geringer Menge aus Verbindungen, die eine Keto-Gruppe C=O und in Nachbarschaft dazu H-Atome am C-Atom besitzen. Z. B. -CH2-
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  2. Default

    Und 2te Frage: Was sind Enole? Also ich finde irgendwie kein Video indem sie Enole und Ihre Eigenschaften erklären.

    Von Skyliner88, vor mehr als 3 Jahren
  3. Default

    Hallo Herr Otto. Was beudeutet Konjugierte Verbindung? Das auf eine Einfachbindung direkt eine Doppelbindung folgt?

    Von Skyliner88, vor mehr als 3 Jahren