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.