Measuring the equilibrium constant of a keto-enol tautomerism using benchtop NMR

Význam tématu

Studium keto-enolové tautomerie je klíčové v organické syntéze, farmaceutickém vývoji a materiálové chemii. Rovnovážné konstanty a poměry tautomerů ovlivňují reaktivitu, selektivitu a stabilitu sloučenin. Benchtop NMR umožňuje rychlou, nedestruktivní kvantifikaci tautomerie i v malých množstvích bez nutnosti deuterovaných rozpouštědel.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo změřit rovnovážnou konstantu keto-enolové tautomerie ethyl acetoacetátu pomocí 1H benchtop NMR spektrometru Thermo Scientific picoSpin 80. Studie sledovala výměnu protonů mezi keto a enol formou při 32 °C, integrovala signály a z těchto dat odvodila %enolu a Keq.

Použitá metodika a instrumentace

• Metoda: 1H NMR měření při 82 MHz, 32 °C.
• Přístroj: Thermo Scientific picoSpin 80 s kapilárním micro-probe (objem 40 µl).
• Vzorek: čistý ethyl acetoacetát bez ředění v deuteru.
• Parametry akvizice: 90° pulz, 1000 ms akvizice, 12 s recyklační prodleva, průměrování signálu.
• Zpracování dat: zero filling, fázová korekce, exponenciální apodizace, dekonvoluce Lorentzovými křivkami v Mnova.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza 1H NMR spektra odhalila jednotlivé signály keto a enol tautomery, např. enol-OH na 12,14 ppm, enolový vinyl-proton na 5,03 ppm a acetylové methylové protony na 2,21 ppm (keto) a 1,94 ppm (enol). Po integraci signálů a korekci podle počtu protonů byla vypočtena průměrná rovnovážná konstanta Keq = 0,099 ± 0,005 a podíl enolu 9,9 % při 32 °C, což je v souladu s literaturou (Keq ≈ 0,09, %enol ≈ 8 %). Tato data potvrzují vyšší stabilitu keto formy a vliv elektronového prostředí na rovnováhu tautomerů.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá kvantifikace tautomerie bez destrukce vzorku.
• Minimální spotřeba vzorku a absence drahých deuterovaných rozpouštědel.
• Možnost sledování teplotních a kinetických změn v reálném čase.
• Vhodné pro QA/QC procesy v průmyslové i farmaceutické výrobě.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace vyššího magnetického pole pro lepší rozlišení signálů.
• Automatizované sledování kinetiky reakcí a procesní NMR dohledu.
• Rozšíření metody na vícesložkové směsi a složitější tautomerické systémy.
• Vyvíjení softwarových nástrojů pro pokročilou dekonvoluci a strojové učení.

Závěr

Benchtop 1H NMR spektroskopie prokázala svou schopnost přesně kvantifikovat keto-enolovou tautomerii ethyl acetoacetátu. Metoda nabízí spolehlivou a efektivní cestu pro stanovení rovnovážných konstant a poměru tautomerních forem v malém měřítku a bez složitého předzpracování.

Reference

1. Allen G., Dwek R. A. Keto-enol tautomerism of β-dicarbonyls. J. Chem. Soc. B. 1966, 161–163.
2. Cook G., Feltman P. M. Quantitative NMR in tautomerism. J. Chem. Educ. 2007, 84, 1827–1829.
3. Drexler E. J., Field K. W. Proton NMR studies of β-ketoesters. J. Chem. Educ. 1976, 53, 392–393.
4. Burdett J. L., Rogers M. T. Equilibrium in β-diketones. J. Am. Chem. Soc. 1964, 86, 2105–2109.