高等有机化学读书报告

影响化合物互变异构的因素

某些有机化合物包括两种或多种不同结构并能迅速达到动态平衡的现象，

叫互变异构现象。25%的已知化合物含有互变异构，如酮-烯醇式互变异构是最常见的互变异构现象，除此还有内酰亚胺-内酰胺互变异构、手性物质的变旋光、六元环的桥式-椅式结构的相互转变、环状结构-开环结构的互变异构等。互变异构问题关系到对有机化合物的结构、反应机理及其物理化学性质的解释。例如β-二酮类化合物的酸性比一般的羰基化合物强，是由于烯-酮互变稳定了负离子的缘故；一些重要的有机反应，如麦克尔反应，是通过β-二酮的烯醇式中间体过渡态进行的；一些生物的遗传碱基都具有多种互变异构体，一些生物酶的催化也主要是由肽上活性残基的互变异构起作用的。

化合物互变异构受很多因素的影响，如温度、溶剂、取代基等。

目前，互变异构现象的研究方法很多，主要有紫外光谱法、红外光谱法、质谱法、色谱法和核磁共振法等。 1 温度对互变异构的影响

氨甲酰基硅烷与硝酮化合物的反应产物存在互变异构现象[1]。

C

N O

CH 3

H +

O

N SiMe 3

CH 3

CH 3

TMSOTf

N

CH 3

O O

N CH 3

CH 3SiMe 31

2

3

N CH 3

O

O N

CH 3CH 3

SiMe 3

N CH 3

O

O N

CH 3CH 3

SiMe 3N CH 3

O O

N

CH 3CH 3

SiMe 3

H H N CH 3

OH

O N

CH 3CH 3

SiMe 3

3

4

5

6

通过1HNMR 谱在不同温度（55～—30℃）下的数据，证实：在55℃时，呈现结构（3）的形式；而在—30℃时，呈现结构（6）的形式，它们互变的中间体结构则在55~—30℃之间随温度的变化而变化。随着温度的升高，（3）的含量不

断增加。

6,8-二甲基-1,2,4-三唑并嘧啶-3-丁二酮基硫醚在溶剂中存在酮-烯醇互变异构现象，随温度的变化的平衡常数如表1[2]。

N

N N

N

S

CH 2

C

C

O CH 3

O N

N

N

N S

C H

C

C

OH CH 3

O

表1 酮-烯醇互变异构平衡常数和热力学常数

从表1中可以看出，在四种溶剂中随温度的升高平衡常数逐渐减小，这是因为温度升高，破坏了烯醇中分子内的氢键，平衡向酮式方向移动。故升高温度有利于平衡向酮式转变。 2 取代基对互变异构的影响

20世纪中期，Fuson 等发现了一系列大位阻芳基取代的烯醇可以稳定存在。又比如苯酚，由于苯环的芳香性，其酮式结构基本上不存在。另外像1,3-二羰基化合物，α-硝基、氰基、酰基以及磺酰基的羰基化合物，羰基部分也主要以烯醇形式存在。可见，取代基对互变异构体的稳定性起着非常重要的影响。在亚胺-烯胺互变异构体系中，讨论五种取代基 （R=H,CH 2-CH 2-NH 2，C 6H 5，NH 2，OH)对体系的影响。

O O

H 3C

O

CH 3

N

R

H 1

2

3

4

56

7

8

9

10

11

13

O O

H 3C

O

CH 3

N

R

H 1

2

3

4

56

7

8

9

10

11

21imine

enamine

Series 1:R=H, Series 2:CH 2-CH 2-NH 2, Series 3:C 6H 5, Series 4:NH 2, Series 5:OH

实验结果表明在1、3中主要以烯胺形式存在，在4、5中的占主导的是亚胺。根据自然键轨道理论分析可知，在烯胺中9位的N （N 9）存在着孤对此电子，对反键的C 3-C 8有很强的影响力，对烯胺的稳定性起着重要的作用，其强弱顺序是

22℃ 27℃ 32℃ 37℃ 42℃ ΔΗ ΔS 氯仿 10.8 4.6 2.2 1.1 0.51 -116.7 -0.38 丙酮 124 47.5 18.3 -144.8 -0.44 甲醇 6.7 4.3 2.8 1.8 1.2 -121.8 -0.40 二氯亚砜

3.0

1.4

0.63

0.28

0.13

-67.5

-0.21

2>3>1>4>5。同样的，C 3-C 8对C 4-O 10也有影响，强弱顺序是2>3>1>5>4。O 10与ζ

*

（N 9-H 21)形成分子内氢键，这样就在分子内形成了一个六圆环的离域。在亚胺

中同样也有，不同的是前者N 上是对称的π键,后者是一个ζ键。在4、5的取代基上是负电性原子N 、O ，含有孤对电子，弱化了烯胺中LP(N9)与π*（C 3-C 8）之间的相互作用，在亚胺中产生了n(O 11/N 11)与π*（C 8=N 9）之间的稳化能。从而降低了烯胺的稳定性，增强了体系中亚胺的稳定性。故1、2、3中主要以烯胺的形式存在，而在4、5中主要以亚胺形式存在[3]

。

郝娇娇、王长生通过对酮-烯醇体系的理论研究得出结论：发生质子转移的碳

原子在过渡态中采取近sp 3杂化.凡是能够稳定该sp 3轨道上的孤对电子的取代基，都将使质子转移反应的势垒降低，使异构化易于向烯醇式转化[4]。 3 溶剂对互变异构的影响

溶剂对互变异构的影响主要体现在溶剂极性对互变异构体系的相互转化速率影响。在2-硝基环己酮中存在下列平衡[5]。

O

H

NO 2+B

O

H NO

2

+

B

O

H NO 2

B

其在弱碱性（吡啶）条件下在不同溶液中的总速率常数k spp 、正逆反应速率常数k 1,k -1如表2。