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Die Keto-Enol-Tautomerie ist das chemische Gleichgewicht zwischen einem Keton oder Aldehyd und einem Enol. Da das Vorhandensein von sauren oder basischen Bedingungen zur Tautomerie führt, sind zwei verschiedene Reaktionsmechanismen zu berücksichtigen – einer für saure Bedingungen und einer für basische Bedingungen. Da der einzige Unterschied zwischen den Tautomeren der Ort eines einzelnen Protons ist, beinhaltet die Umwandlung eines Ketons in ein Enol zwei separate Schritte – die Einführung eines Protons (H+) und die Entfernung eines Protons (H+).

Bei der Darstellung der Keto-Enol-Tautomerisierung gibt es drei entscheidende Faktoren zu bestimmen:

1. Ob zuerst die Protonierung oder die Deprotonierung stattfindet

2. Der Ort der Protonierung und Deprotonierung.

3. Die zu verwendenden Reagenzien für die Protonentransferschritte.

Unter basischen Bedingungen wird ein Alpha-Proton (H+) (jedes Proton, das mit einem Alpha-Kohlenstoff verbunden ist) entfernt, um ein Enolat zu bilden, das ein Enol ist, dem ein Proton an der Hydroxylgruppe fehlt. Das Enolat nimmt dann einen Wasserstoff auf, um das Enol zu bilden. Unter sauren Bedingungen nimmt der Sauerstoff des Carbonyls zuerst H+ auf, und dann wird ein alpha-Proton entfernt, um die Enolform zu bilden. Die beiden Schritte, die ein Keton oder Aldehyd in die Enolform umwandeln, können umgekehrt werden, um die Ketoform wieder zu bilden, indem die Enolform zurück in die Ketoform umgewandelt wird.

Zur Umwandlung zwischen einem Keton oder Aldehyd und der Enolform sind zwei separate Schritte erforderlich. Der eine Schritt ist ein Protonierungsschritt, der andere ein Deprotonierungsschritt. Protonieren bedeutet, ein Wasserstoffion (H+) hinzuzufügen, um die konjugierte Säure einer Verbindung zu bilden. Deprotonieren bedeutet, ein Wasserstoffion (H+) zu entfernen, um die konjugierte Base einer Verbindung zu bilden.

Logischerweise scheint es einfacher zu sein, dass der Sauerstoff (O) des Carbonyls direkt ein Alpha-Proton entfernt, um das Enol zu bilden, anstatt einen zweistufigen Prozess zu durchlaufen. Ein einstufiger mechanistischer Prozess, der ein Wasserstoffatom von einem Atom innerhalb eines Moleküls zu einem anderen Atom innerhalb desselben Moleküls bewegt, wird als intramolekularer Protonentransfer bezeichnet. Der Schritt des intramolekularen Protonentransfers kann jedoch bei der Keto-Enol-Tautomerie nicht stattfinden, da das Sauerstoffatom des Carbonyls zu weit vom Alpha-Wasserstoff des Alpha-Kohlenstoffs entfernt ist.

Eine basenkatalysierte Reaktion ist eine Reaktion, die unter basischen Bedingungen mit einem Protonenakzeptor stattfindet. Bei der basenkatalysierten Reaktion entfernt eine Base wie Hydroxid (-OH{-}{\rm{OH}}-OH) ein Proton von einem Alpha-Kohlenstoff, um ein Zwischenion zu bilden. Das Zwischenprodukt ist ein Resonanzhybrid aus einem Carbanion (negativ geladener Kohlenstoff) und einem Enolat. Ein Enolat ist ein Anion, das gebildet wird, wenn ein Alpha-Wasserstoff im Molekül eines Aldehyds oder eines Ketons als Wasserstoffion entfernt wird. Die Enolatform des Zwischenprodukts protoniert in Gegenwart von Wasser und bildet ein Enol. Es ist wichtig zu erkennen, dass die Resonanz kein separater Schritt im Mechanismus ist. Die einzigen beiden Schritte sind die Gleichgewichtsreaktion zwischen dem Keton und dem Enolat und die Gleichgewichtsreaktion zwischen dem Enolat und dem Enol.

Eine säurekatalysierte Reaktion ist eine Reaktion, die unter sauren Bedingungen mit einem Protonendonator stattfindet. Bei der säurekatalysierten Reaktion protoniert eine Säure, z. B. ein Hydroniumion (H3O+), den Sauerstoff eines Carbonyls, wodurch ein Zwischenion gebildet wird. Das Zwischenprodukt ist ein Resonanzhybrid aus einem protonierten Carbonyl und einem Carbokation (positiv geladener Kohlenstoff). Die Carbokation-Form des Zwischenprodukts wird in Gegenwart von Wasser deprotoniert und bildet ein Enol. Wie bei der basenkatalysierten Reaktion ist die Resonanz kein separater Schritt im Mechanismus. Die einzigen beiden Schritte sind die Gleichgewichtsreaktion zwischen dem Keton und dem protonierten Carbonyl und die Gleichgewichtsreaktion zwischen dem protonierten Carbonyl und dem Enol.

Wenn man den säurekatalysierten Mechanismus mit dem basenkatalysierten Mechanismus vergleicht, ist ein wesentlicher Unterschied die Ladung der Zwischenprodukte. Das Zwischenprodukt ist unter basischen Bedingungen negativ und unter sauren Bedingungen positiv geladen. Der Rest des Mechanismus ist bei beiden Mechanismen ähnlich. Jeder Schritt beinhaltet einen einfachen Protonentransfer. Der entscheidende Unterschied liegt in der Reihenfolge der Protonierung und Deprotonierung. Bei sauren Bedingungen erfolgt die Protonierung zuerst, gefolgt von der Deprotonierung. Das resultierende positiv geladene Zwischenprodukt korreliert mit sauren Bedingungen. Bei basischen Bedingungen erfolgt zuerst die Deprotonierung und dann die Protonierung. Das resultierende negativ geladene Zwischenprodukt korreliert mit basischen Bedingungen.

Ein Beispiel für die Umwandlung eines Enols in ein Keton unter sauren Bedingungen ist die Umwandlung von 1-Cyclohexen-1-ol (C6H9OH) in Cyclohexanon (C6H10O). Da diese Reaktion unter sauren Bedingungen abläuft, findet zuerst ein Protonierungsschritt und danach ein Deprotonierungsschritt statt. Anhand der Reihenfolge von Protonierung und Deprotonierung kann der Ort der Protonierung und Deprotonierung bestimmt werden. Die Protonierung erfolgt an der Doppelbindung, wodurch ein Carbokation entsteht, das eine protonierte Ketonresonanzform aufweist. Das protonierte Keton wird deprotoniert, um das Ketonprodukt des Gleichgewichts zu bilden. Der erste Schritt muss die Protonierung der Doppelbindung sein, nicht die des Hydroxyls (OH). Dies scheint ein logischer erster Schritt zu sein, aber diese Protonierung wird kein Keton erzeugen.