Definition und Grundlagen
Die Keto-Enol-Tautomerie beschreibt ein chemisches Gleichgewicht zwischen zwei Strukturisomeren, den sogenannten Tautomeren: der Keto-Form und der Enol-Form. Diese beiden Formen unterscheiden sich in der Position eines Protons und einer Doppelbindung. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Keto-Form um ein Keton (oder Aldehyd) und bei der Enol-Form um ein Alkenol.
(1) Keto-Form (Ethanal): Die Keto-Form ist eine Carbonylverbindung, in der ein Kohlenstoffatom durch eine Doppelbindung (C=O) mit einem Sauerstoffatom verbunden ist.
Beispiel:
(2) Enol-Form (Ethenol): Die Enol-Form ist ein Alkenol, das eine Hydroxylgruppe (-OH) an einem Kohlenstoffatom trägt, das gleichzeitig Teil einer C=C-Doppelbindung ist.
(3) Tautomerie-Gleichgewicht: Meistens ist das Tautomerie-Gleichgewicht seitens der Keto-Form verschoben. Dies liegt meist an der Stabilität der Carbonylgruppe.
Mechanismus der Tautomerisierung
- Das benachtbarte C-Atom der Carbonylgruppe nennt man α-Kohlenstoff. Dieses muss mindestens mit einem Wasserstoff-Atom gebunden sein.
- Am α-Kohlenstoff kann durch die polarisierte Carbonylgruppe ein Proton abgespalten werden. Diese Deprotonierung wird durch basisches Milieu begünstigt.
- Durch die Deprotonierung entsteht ein mesomeriestabilisiertes Carbanion.
- Carb-Anionen sind äußerst reaktiv. Die Mesomeriestabilisierung führt dazu, dass die negative Ladung zum Sauerstoff wandert.
- Dieses negativ geladene Sauerstoffatom ist der ideale Ort zur Anlagerung des vorher abgespaltenen Protons. Es entsteht ein Enol. Man nennt diesen Schritt Reprotonierung.
Beispiel für Keto-Enol-Tautomerie
Im Fall von Aceton ist die Keto-Form ebenfalls die bevorzugte Tautomerieform, da die Carbonylgruppe stabiler ist als die C=C-Doppelbindung der Enol-Form.
Und jetzt du!
Aufgabe: Vervollständige das Tautomerie-Gleichgewicht für (A). Decke anschließend auf, um dich zu überprüfen. Schätze begründet, auf welcher Seite das Gleichgewicht liegt.
Fructose-Glucose-Tautomerie
Auf die Fructose-Glucose-Tautomerie soll ein besonderer Focus gelegt werden. Denn für viele biologisch-chemische Prozesse ist diese Tautomerie relevant.
Aufgabe 1: Erläutere die Keto-Enol-Tautomerie von Fructose und Glucose in eigenen Worten.
Aufgabe 2: Markiere die Keto- und Enol-Form im Tautomerie-Mechanismus.
Aufgabe 3: Stelle das Tautomerie-Gleichgewicht auf.
Aufgabe 4: Erläutere, warum die Fehling-Probe bei Fructose positiv ausfällt, obwohl dies eigentlich ein Nachweis von Aldehyden ist.
Merke! Im basischen Milieu liegt D-Glucose und D-Fructose im Gleichgewicht.
