EQUILIBRI TAUTOMERICI. RAZIONALIZZAZIONE DEGLI EQUILIBRI TAUTOMERICI E possibile sulla base di...
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EQUILIBRI TAUTOMERICIEQUILIBRI TAUTOMERICI
RAZIONALIZZAZIONE DEGLI EQUILIBRI TAUTOMERICI
E possibile sulla base di considerazioni riguardanti:1) i corrispondenti equilibri nei composti aliciclici2) 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
1 : 1010
∆Garomaticità = 36 Kcal
cicloesadienone fenolo
In questi casi, in genere prevale la forma enolica stabilizzata dall’aromaticità
2) Composti aromatici
O O OO O OH
O
O
O
OH
Negli idrossifurani l’aromaticità non è sufficiente a stabilizzare la forma enolica: prevale la struttura furanonica (chetonica) ∆Garomaticità = 16 Kcal
S OH
2) Composti aromatici
La situazione è borderline per gli idrossitiofeni
∆Garomaticità = 24 Kcal
C C
O H
H
C C
OH
H
C O
C C
C H
-179
-83
-99
-361 Kcal/mol
Consideriamo le Energie di legame …
-86
-146
-111
C O
O H
C C
-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
-5
-366 Kcal/mol
Consideriamo le Energie di legame …
-379 Kcal/mol
Il chetone è meno stabile di ∆E = +13 Kcal/mol
O
H
H
OH
H
-361
ER≈
-343
-36ER≈
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
OH
OH O
O
OH
OH O
OHO O
Resorcina: è enolica ma mostra maggiore reattività chetonica del fenolo
Fluoroglucina: comportamento intermedio tra chetone e fenolo
L’equilibrio tautomerico nelle AMMIDI semplici è ancora più spostato verso la forma “OSSO” che nei chetoni
O
NH2R R
OH
NH
N N NH
O OOH
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
non si forma(∆Garomaticità = 4
Kcal)
stabile in fase gassosa
(∆Garomaticità = 28 Kcal)
stabile in fase solida
e liquida(∆Garomaticità = 16
Kcal)
Gli elettrofili possono così attaccare l’azoto eterociclico
Gli elettrofili possono attacare l’azoto esociclico
Importanza degli Equilibri tautomerici
Più stabil
e
In tutti i casi l’elettrofilo attacca prima l’azoto eterociclico!
In tutti i casi l’elettrofilo attacca prima l’azoto eterociclico!
Reazioni della 2-amminopiridina
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
Questa relazione può essere sfruttata per studiare gli equilibri tautomerici (metodo della basicità). Entrambi i tautomeri hanno l’anione in comune.
Questa relazione può essere sfruttata per studiare gli equilibri tautomerici (metodo della basicità). Entrambi i tautomeri hanno l’anione in comune.
Relazione tra acidità e tautomeria
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
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
Studio della tautomeria tramite NMR
tautomeri
specie non tautomeriche,
fisse
Concetto dei “derivati fissi”
A B
C
A
B
C
Lo spettro della 3-metanensulfonammidopiridina (C) mostra la prevalenza della specie neutra su quella zwitterionica (9:1)
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.
CB
A
catione comune ai due tautomeri
Se Kt = K1/K2
allora: Kt ≈ K’1/K’2
p Kt = pK’1 - pK’2
Se Kt = K1/K2
allora: Kt ≈ K’1/K’2
p Kt = pK’1 - pK’2
N N
NH2
H
NH
Tautomeria delle piridineTautomeria delle piridine
N N
OH
H
O
N N
H
OH O
N N
H
SH S
p Kt = +8.7
p Kt = -3.3
p Kt = 0 p Kt = -4.6
4-amminopiridina
α- e γ-piridoni
3-idrossipiridina
α- e γ-tiopiridoni
Gli equilibri tautomerici di piridine sostituite in soluzione acquosa sono influenzati dal bilancio fra energia di legame e aromaticità
Gli equilibri tautomerici di piridine sostituite in soluzione acquosa sono influenzati dal bilancio fra energia di legame e aromaticità
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 cheto- possono dare diversi legami a ponte a idrogeno.