Enol: definition, egenskaper och reaktioner (enolater & tautomerer)

Lär dig allt om enoler: definition, egenskaper, enolater, tautomerer och viktiga reaktioner som aldolreaktionen — teori, syntes och val av kinetisk vs termodynamisk enolat.

En enol är en alken som har en OH-grupp knuten till dubbelbindningens ena ände. Den kallas enolat om protonerna på syreatomen tas bort. En enkel bild är R2C=CR–OH där OH sitter på det dubbelbundna kolet. Enoler förekommer ofta som kortlivade mellanprodukter i organiska reaktioner men kan också vara relativt stabila i vissa system.

Tautomerer och stabilitet

Enoler är tautomerer av ketoner eller aldehyder. Tautomerer är molekyler som skiljer sig åt endast genom positionen för en väteatom — i detta fall flyttas ett väte mellan kol och syre så att en keto-form (C=O) växelvis bildar en enol-form (C=C–OH). I de flesta fall är keto-formen termodynamiskt mer stabil eftersom en C=O-bindning är starkare än en C=C-bindning och eftersom karbonylgruppen är väl resonansstabiliserad. Därför ligger jämvikten vanligtvis kraftigt åt keto-sidan.

I vissa fall kan dock enolen vara stabilare eller betydligt mer förekommande i jämvikt, till exempel när:

• enolen kan delokaliseras genom konjugation med en aromatisk ring eller med en annan elektronacceptor,
• interna vätebindningar stabiliserar enolformen (t.ex. i 1,3-diketoner som acetylacetone),
• enolformen ger aromatiska eller särskilt stabila strukturer.

Bildning av enoler och enolater

Enoler kan mycket lätt framställas från ketoner eller aldehyder med hjälp av en bas eller en syra. Under syra-katalys uppstår protonering av karbonylsyret följt av deprotonering av alfa-kolet, medan bas-katalys bildar en enolat genom direkt avlägsnande av ett alfa-väte (deprotonering) och därigenom en negativ laddning som delokaliseras mellan syre och alfa-kol.

Acid-katalys: Protonering av karbonylsyret ökar syrans elektronsugande effekt och underlättar avlösgörandet av ett alfa-väte. Processen är reversibel och ger en equilibrium mellan keto- och enol-former.

Bas-katalys: En stark bas avlägsnar ett alfa-väte och bildar en enolatjon (enolat). Enolater är ofta mycket reaktiva nukleofiler och baser.

Alfa-vätets surhet varierar med substituenter; för vanliga ketoner ligger pKa för alfa-vätet ofta runt 19–20 (acetone ≈ 19). Val av bas bestämmer hur lätt enolat bildas och vilken position som deprotoneras i asymmetriska ketoner.

Enolater: struktur och reaktivitet

Enolaten är en delokaliserad jon där negativ laddning kan lokaliseras på syre eller delokaliseras till alfa-kolet via resonans. Därför är enolat en ambident nukleofil: den kan reagera antingen via syre (O-reaktion) eller via kol (C-reaktion).

Vilken atom som reagerar påverkas av flera faktorer:

• typ av elektrofil (hårda elektrofilernappar ofta O-alkylering),
• metallkatalysator eller katjon (Li+, Na+, K+ påverkar struktur och aggregat),
• lösningsmedel och temperatur,
• substratets steriska hinder.

Metall-enolater (t.ex. litiumenolater) kan bilda aggregat (dimers, tetramers) som påverkar reaktivitet och selektivitet. För syntetisk planering är det viktigt att styra om man vill ha C-alkylering (typiskt för att bygga kol–kol-bindningar vid alfa-kolet) eller O-alkylering (t.ex. för att bilda en silyl-enol-eter).

Kinetiska och termodynamiska enolater

Enoler av ketoner kan framställas på två olika sätt. Det är viktigt att kunna välja vilken sida som ska reagera. Sidan med färre substituenter är lättast att reagera: den kan göras vid låg temperatur med en skrymmande bas. Detta kallas den kinetiska enolaten. Den kinetiska enolaten bildas snabbt och selektivt från den mest lättåtkomliga (mest sura eller minst steriskt hindrade) protonen, vanligen vid låga temperaturer och med steriskt hämmande, icke-nukleofila baser som LDA (lithium diisopropylamid) vid −78 °C.

Den andra sidan, med fler substituenter, är svårare att reagera. Det krävs ofta högre temperaturer och mer reversibla förhållanden så att jämvikten kan etableras. Detta kallas den termodynamiska enolaten och är oftast den mer substituerade (och därmed mer stabila) enolaten. Små, reversibla baser som alkoxider (t.ex. NaOEt) vid högre temperaturer ger oftast den termodynamiska produkten.

Vanliga enol-relaterade reaktioner

Enoler och enolater deltar i många viktiga reaktioner inom organisk syntes. Det bästa exemplet är aldolreaktionen, där en enolat (eller enol) fungerar som nukleofil och adderar till en annan karbonylgrupp för att bygga nya C–C-bindningar. Andra viktiga reaktioner är:

• Claisen-kondensation (bildning av β-ketoestrar),
• Michael-addition (konjugerad addition till α,β‑omättade karbonylföreningar),
• direkt alkylation vid alfa-kolet (SN2 med primära halider),
• acylation och andra C‑C‑bindingsbildande reaktioner,
• bildning av silyl-enol-eter (t.ex. TMS-enoler) för att "fånga" enolen och använda den i senare steg,
• omvandling till enaminer med sekundära aminer som ett alternativt sätt att alkylera alfa-kolet (Stork-alkylering).

Praktiska överväganden

Några användbara riktlinjer för arbete med enoler/enolater:

• Använd starka, steriskt skyddade baser (t.ex. LDA) och låga temperaturer för att få kinetiska enolater.
• Använd svagare och mer reversibla baser (alkoxider) och högre temperatur för att nå termodynamiska enolater.
• För selektiv C‑alkylering välj primära elektrofilen och undvik betingelser som favoriserar O‑alkylering. Val av metallkation (Li, Na, K) och lösningsmedel spelar stor roll.
• Silyl-enol-eter är praktiska skyddsgrupper och intermediärer som är lätta att hantera och ofta ger god regio- och stereokontroll vid efterföljande reaktioner.
• Enolater är både starka baser och kraftfulla nukleofiler — planera reaktionsvillkor noggrant för att undvika oönskad sidoreaktion eller överalkylering.

Sammanfattning: Enoler är viktiga, ofta övergående former av ketoner och aldehyder som genom bas- eller syra-kontrollerade processer kan omvandlas till enolater. Trots att keto-formen vanligtvis är stabilast, ger enoler och enolater nyckelvägar till många C–C- och C–X‑bindningsbildningar i organisk syntes — framför allt aldolreaktionen — och valet av bas, temperatur och lösningsmedel avgör vilken enolat som bildas och hur den reagerar.

Frågor och svar

Fråga: Vad är en enol?

F: Vad är en enolat?

Fråga: Vad är tautomerer?

Fråga: Hur kan enoler framställas av ketoner eller aldehyder?

Fråga: Varför är enoler instabila?

F: Vad är aldolreaktionen?

F: Hur kan sidan av en enol med färre substituenter göras för reaktion?

Sök med bokstav