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ケト-エノール互変異性は、ケトンまたはアルデヒドとエノールの間の化学的平衡です。 互変異性は、酸性条件または塩基性条件のいずれかが存在することで生じるため、酸性条件と塩基性条件の2つの異なる反応メカニズムを考慮する必要があります。

ケト-エノールの互変異性を図示する際には、以下の3つの重要な要素を決定します。 プロトン化と脱プロトン化のどちらが先か

2. プロトン化と脱プロトン化の位置

3. プロトン移動のステップに使用する試薬。

塩基性条件では、αプロトン（H+）（α炭素に結合しているプロトン）が除去されて、水酸基からプロトンが抜けたエノラートが形成されます。 その後、エノラートは水素を拾ってエノールを形成します。 酸性条件では、カルボニルの酸素がまずH+を加え、次にαのプロトンが取り除かれてエノールの形になります。 ケトンやアルデヒドをエノール型に変換する2つのステップは、逆にエノール型をケト型に戻すことで、ケト型を再形成することができます。

ケトンやアルデヒドとエノールの形の間で変換するには、2つの別々のステップが必要です。 1つのステップはプロトン化ステップで、もう1つのステップは脱プロトン化ステップです。 プロトン化とは、水素イオン（H+）を加えて化合物の共役酸を形成することである。 また、「脱プロトン化」とは、水素イオン（H+）を除去して化合物の共役塩基を形成することを意味します。

論理的には、カルボニルの酸素（O）が2段階のプロセスを経るのではなく、直接αプロトンを除去してエノールを形成する方が簡単なように思えます。 水素原子を分子内のある原子から同じ分子内の別の原子に移動させる一段階の力学的プロセスは、分子内プロトン移動と呼ばれる。 しかし、ケト-エノール互変異性体では、カルボニルの酸素原子がα炭素のα水素から離れすぎているため、分子内プロトン移動のステップは起こらない。

塩基触媒反応とは、プロトン受容体を用いて塩基性条件下で起こる反応のことです。 塩基触媒反応では、水酸化物（-OH{-}{rm{OH}}-OH）などの塩基が、α炭素からプロトンを除去して中間体イオンを形成します。 この中間イオンは、カルバニオン（負の電荷を持つ炭素）とエノラートの共鳴ハイブリッドである。 エノラートとは、アルデヒドやケトンの分子内のα水素が水素イオンとして取り除かれてできる陰イオンのことである。 中間体のエノラート型は、水の存在下でプロトン化し、エノールを形成する。 ここで重要なのは、共鳴はメカニズムの中で独立したステップではないということです。 唯一の2つのステップは、ケトンとエノラートの間の平衡反応と、エノラートとエノールの間の平衡反応です。

酸触媒反応とは、プロトン供与体を用いて酸性条件下で行われる反応のことです。 酸触媒反応では、ヒドロニウムイオン（H3O+）などの酸がカルボニルの酸素をプロトン化し、中間体イオンが生成されます。 この中間体は、プロトン化したカルボニルとカルボカチオン（正電荷を帯びた炭素）の共鳴ハイブリッドである。 中間体のカルボカチオン型は、水の存在下で脱プロトン化してエノールを形成する。 塩基触媒反応のように、共鳴はメカニズムの中で独立したステップではない。 ケトンとプロトン化したカルボニルの平衡反応と、プロトン化したカルボニルとエノールの平衡反応の2つのステップのみである。

酸触媒のメカニズムと塩基触媒のメカニズムを比較すると、大きな違いは中間体の電荷です。 中間体は、塩基性条件では負に、酸性条件では正に帯電します。 残りのメカニズムは2つのメカニズムで似ている。 各ステップでは単純なプロトン移動が行われる。 重要な違いは、プロトン化と脱プロトン化の順序にある。 酸性条件では、プロトン化が最初に起こり、続いて脱プロトン化が起こる。 結果として生じる正電荷の中間体は、酸性条件と一致する。 塩基性条件では、脱プロトン化が最初に起こり、次にプロトン化が起こります。 結果として負に帯電した中間体は、塩基性条件と相関します。

酸性条件下でのエノールからケトンへの変換の例として、1-シクロヘキセン-1-オール（C6H9OH）からシクロヘキサノン（C6H10O）への変換が挙げられます。 この反応は酸性条件下で行われるため、最初にプロトン化反応が起こり、その後、脱プロトン化反応が起こる。 プロトン化と脱プロトン化の順序から、プロトン化と脱プロトン化の位置を決定することができる。 プロトン化は二重結合上で起こり、プロトン化されたケトンの共鳴形態を持つカルボカチオンが生成される。 プロトン化されたケトンは脱プロトン化され、平衡状態のケトン生成物が生成されます。 最初のステップは、ヒドロキシル（OH）ではなく、二重結合のプロトン化でなければならない。 これは論理的な最初のステップのように思えるかもしれませんが、このプロトン化ではケトンは生成されません。

酸性条件下でのケト-エノールの互変異性化のメカニズムを書くときには、OH-とH3O+ではなく、プロトン化にはH3O+を、脱プロトン化にはH2Oを使います。

塩基性条件下でのケト-エノールの互変異性化のメカニズムを書く際には、脱プロトン化にはOH-を、プロトン化にはH2Oを用い、H3O+やH2Oは用いません。 カルボニルの隣にあるα炭素のpKaは19前後で、アルコールとほぼ同じである（pKa=16{rm {p}}K_{rm {a}}=16pKa=16）。 2つのカルボニルの間にあるα炭素のpKaは約9で、フェノールと同じくらいの酸性である。

α炭素の化学で重要なことの1つは、エノラートを形成するための正しい塩基を選ぶことです。 カルボニルのα炭素には、pKaが19以上の共役酸を持つ塩基が必要であり、NaOH、NaOEtなどの代わりにNaH、LDA、NaNH2などがよく使われます。 2つのカルボニルの間にあるα炭素に対しては、これらの塩基のいずれもが機能します

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