Tautomerie
von altgriechisch: ταὐτό ("tautó") - das Gleiche; μέρος ("meros") - Anteil
Synonym: Gleichgewichtsisomerie
Englisch: tautomerism
Definition
Tautomerie ist eine spezielle Form der Isomerie, bei der zwei oder mehrere Konstitutionsisomere mit gleicher Summenformel durch intramolekulare Wanderung eines Atoms oder einer Atomgruppe und gleichzeitige Umlagerung von Bindungen ineinander übergehen. Die einzelnen Isomere werden als Tautomere bezeichnet und stehen in einem dynamischen chemischen Gleichgewicht zueinander.
Geschichte
Die Tautomerie wurde von dem russischen Chemiker Alexander Michailowitsch Butlerow entdeckt. Der Begriff wurde erstmals von dem deutschen Chemiker Conrad Peter Laar verwendet.
Hintergrund
Die häufigste Form der Tautomerie ist die prototrope Tautomerie. Dabei wandert ein Proton innerhalb eines Moleküls, während sich die Lage einer Doppelbindung bzw. eines konjugierten π-Systems verändert. Allgemein lässt sich dies vereinfacht darstellen als:
Dabei bilden X, Y und Z i.d.R. Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor oder Schwefel. Die wandernde Gruppe besteht meist aus einwertigen Anionen (z.B. Chlorid-, Hydroxid- bzw. Acetationen) oder Kationen (z.B. H+)
Die Gleichgewichtslage hängt von der Struktur des Moleküls, dem Lösungsmittel, der Temperatur, dem pH-Wert und möglichen Katalysatoren ab. Viele Tautomerisierungen werden durch Säure-Base-Katalyse beschleunigt.
Tautomerie ist von der Resonanz zu unterscheiden: Bei der Resonanz werden nur Elektronen in Grenzstrukturen verschoben, während bei der Tautomerie tatsächlich unterscheidbare Konstitutionsisomere vorliegen.
Beispiele
Wichtige Formen der Tautomerie sind:
Medizinische Bedeutung
Tautomerie ist für die Biochemie, Pharmakologie und medizinische Chemie relevant, da die tautomere Form eines Moleküls dessen Reaktivität, pKs-Wert, Wasserstoffbrückenmuster, Bindung an Zielstrukturen und pharmakokinetische Eigenschaften beeinflussen kann. Bei Arzneistoffen kann die bevorzugte tautomere Form beispielsweise die Affinität zu Enzymen oder Rezeptoren sowie die Löslichkeit verändern.