Енолы

Субтитры

Давайте изучим еще один механизм реакции кетонов. Кстати, у альдегидов есть схожая, даже можно сказать, аналогичная реакция. Представим, что у нас есть кетон, который выглядит вот так. Давайте нарисуем карбонильную группу здесь и, присоединенный к ней, атом углерода, у которого, в свою очередь, есть две связи с двумя метильными группами. И чтобы это было понятно, сразу скажу, что этот углерод связан с тремя атомами водорода, которые мы не рисуем. Но вот здесь четвертую углеродную связь с водородом я нарисую, потому что она будет играть значимую роль в реакции. Как мы знаем, у атома кислорода есть две неподеленные пары электронов. Давайте я нарисую их здесь. И давайте также представим, что реакция протекает в водной среде и, как мы знаем, в такой среде всегда есть небольшая концентрация ионов гидроксония. Скажем, что каким-то образом один из ионов гидроксония оказался вот здесь. Гидроксоний положительно заряжен, поэтому вот тут рисуем плюс. Так, давайте нарисуем это другим цветом. Вот как выглядит вода. И если вода отдаст свой электрон протону, то мы получим вот такой ион. Это ион гидроксония, и у него есть только одна неподеленная пара электронов. С помощью другой пары электронов была образована связь с атомом водорода. Мы можем представить себе ситуацию, в которой атом кислорода отщепляет протон от гидриксония, который, в свою очередь, превращается обратно в воду. В таком случае механизм реакции выглядел бы вот так. Выберем другой цвет для демонстрации. Итак, если кетон и ион гидроксония столкнутся определенным образом, то синий электрон может перейти к протону, а электрон атома водорода перейдет к этому атому кислорода, вновь образовав, тем самым, молекулу воды. Если все произойдет именно так, то что же мы получим? Теперь молекула кетона будет выглядеть немного по-другому. Вот как-то так. Я поменял цвет на немного более светлый оттенок зеленого. Здесь рисуем неподеленную пару электронов кислорода, другой пары уже нет. У кислорода по-прежнему есть этот пурпурный электрон, но теперь он образовал ковалентную связь с синим электроном, который был отдан протону водорода. Немного опустим картинку. Электрон перешел к этому протону водорода. И затем ион гидроксония забирает себе обратно электрон и превращается в нейтрально заряженную молекулу воды. Пурпурный электрон перешел обратно к кислороду, у которого теперь снова две пары электронов. А это теперь просто вода. Поскольку вот этот кислород карбонильной группы отдал свой электрон, то на нем появится положительный заряд. Мы получили резонансно-стабилизированную частицу. Может быть, это не так явно заметно и не сразу можно углядеть вторую резонансную структуру, но этот положительно заряженный атом кислорода может получить электрон от этого атома углерода, я имею ввиду атом углерода этой карбонильной группы. Итак, если кислород заберет себе электрон углерода, то получится следующая структура. Давайте нарисуем ее тем же цветом. Здесь у нас теперь только одинарная связь с кислородом. Все связи этого атома углерода сохраняются. Этот атом углерода мы можем назвать альфа углеродным атомом. Этот альфа-углерод карбонильной группы по-прежнему связан с этим атомом водорода. А поскольку этот атом кислорода получил пурпурный электрон, то теперь у него две электронные пары. У него уже была эта пара, а после того, как он получил дополнительно к своему еще один электрон, образовалась вторая пара. И, конечно же, здесь рисуем связь с водородом. И после того, как кислород получил электрон, он теперь не заряжен. Этот углерод отдал электрон, поэтому на нем появится положительный заряд. Итак, здесь рисуем углероду положительный заряд. Мы получили две резонансные формы, благодаря которым основное состояние сложного иона, являющегося комбинацией этих двух канонических структур, оказывается более стабильным. Давайте поставим квадратные скобки, чтобы показать, что это резонансные структуры. Вот здесь я допустил небольшую ошибку, не нарисовав двойную стрелку, потому что этот процесс может проходить в обоих направлениях: кетон может оторвать водород от иона гидроксония, так же как и вода может забрать водород у кетона. Давайте обратим на это внимание. Этот процесс протекает в обоих направлениях. Можно сказать, что обе эти формы находятся в равновесии. Реакция может успешно протекать как в этом направлении, так и в обратном. Давайте немного поподробнее разберем эту вторую структуру. Здесь у нас остаток карбонильной группы, здесь OH-группа, то есть теперь мы получили спирт. Также теперь у нас есть карбокатион, который хочет избавиться от своего положительного заряда. Мы можем представить себе ситуацию, в которой этот электрон, принадлежащий атому водорода, образует двойную связь с этим углеродом, и для того чтобы это произошло, нужен реагент, который смог бы оторвать протон. И этим реагентом может служить самая обычная молекула воды. Мы помним, что в окружающей среде у нас есть эта молекула воды. Поэтому давайте просто перерисуем ее вот так. Здесь у нас две пары электронов, поэтому вода может выступать как слабое основание. Вода может передать электронную плотность протону водорода. И если эти частицы столкнутся определенным образом в определенное время, то тогда электронная плотность сможет сместиться к карбокатиону. Этот процесс также может протекать в обоих направлениях. Такая реакция будет обратимой, поэтому мы можем нарисовать равновесную стрелку. Итак, если эта реакция произойдет, то первоначальный кетон станет вот таким. Здесь рисуем связь с OH-группой, вот так. Теперь дорисовываем оставшуюся часть молекулы. Итак, рисуем все тоже самое, но с небольшим изменением. Поскольку этот электрон перешел к карбокатиону, то теперь у нас образовалась двойная связь между углеродом карбонильной группы и альфа-углеродом. Итак, рисуем вот здесь двойную связь. Вода, забравшая себе протон водорода, превратилась в ион гидроксония. Давайте нарисуем этот процесс более детально. Рисуем у воды только одну неподеленную пару электронов. Другая пара электронов пошла на образование связи с вот этим атомом водорода, превратив, тем самым, воду в ион гидроксония. Подведем итоги. Мы начали с молекулы кетона, которая еще называется кето-формой молекулы. И затем мы получили то, что называется енольной формой. Слово «енол» получается из комбинации английских слов «alkene», то есть алкен и «alcohol», что переводится как спирт. Такое соединение даже можно назвать алкенолом. У него есть двойная связь, а также один из атомом углерода, у которого есть двойная связь, соединен с OH-группой. Почему же я решил продемонстрировать весь этот механизм реакции, которая может протекать как с альдегидами, так и с кетонами? В данном случае мы имели дело с кетоном, но если вместо метильной группы поставить водород, то у нас получится альдегид. Эта реакция находит широкое применение как в биологических процессах, так и во многих других. Именно поэтому ее обязательно изучают на уроках органической химии. Эти две молекулы, кето- и енольная форма, называются таутомерами. Кето-форма в действительности гораздо стабильнее енольной. В растворе вы никогда не обнаружите большие концентрации енольной формы, но тем не менее, она там есть. Енольная форма может образовываться, самопроизвольно перескочив равновесные процессы, описанные выше. Итак, весь процесс перехода от одного таутомера к другому, от кето-формы в енольную форму молекулы, называется таутомерией. Subtitles by the Amara.org community