有機物在一定條件下（酸性、鹼性甚至中性介質）能快速轉變成另外一種同分異構體，這兩者之間存在一個動態平衡。我們把這種轉變的過程叫做互變異構化。例如酮式與烯醇式的互變異構是非常普遍的化學現象。一般含有雜原子的有機化合物能發生互變異構化。
基本介紹
- 中文名：互變異構化
- 外文名：tautomerization
- 隸屬學科：有機化學
- 釋義：快速轉化成其同分異構體的過程
- 常見反應：羥醛縮合
簡介,酮式-烯醇式互變,硝基化合物的互變異構,糖的互變異構,其他常見的互變異構化反應,
簡介
互變異構又稱為平衡異構現象，一種特殊的官能團異構，不同官能團異構體能相互快速轉化，處於化學動態平衡。我們有機化合物分子相互快速轉化的現象（或過程）叫做互變異構化。在有機化學研究中是一個非常普遍的現象。一般含有雜原子（如氮、氧或硫原子）的兩個同分異構體，其結構差異僅在於質子和相應的雙鍵的遷移。酮-烯醇互變異構(Keto-Enol Tautomerism)是指因酮或醛和烯醇之間的化學平衡。酮或醛和烯醇稱為互變異構體。
酮式-烯醇式互變
酮式-烯醇式互變是指因酮或醛和烯醇之間的化學平衡。在有機化學中，酮-烯醇互變異構(Keto-Enol Tautomerism)是指因酮或醛和烯醇之間的化學平衡。酮或醛和烯醇稱為互變異構體。此平衡出現的原因是，酮和醛等羰基化合物具有酸性的α-質子，在不同的PH值下進行質子的轉移，形成酮式和烯醇式。所以，烯醇式是酮和醛的一種存在形式，不同的酮在溶液中，有不同的烯醇式含量，可以經由H核磁共振所測定。一般烯醇式的含量由5%至95%不等，視乎羰基化合物的結構、溫度、溶劑和pH值等。
某些有機化合物的結構以兩種官能團異構體互相迅速變換而處於動態平衡的現象。例如，乙醯乙酸乙酯是酮式和烯醇式的平衡混合物：在乙醯乙酸乙酯中加入能與酮作用的足夠試劑後，乙醯乙酸乙酯將全部以酮式起反應；同樣，加入足夠量的烯醇試劑後，則能全部以烯醇式起反應。酮式中的活潑亞甲基由於同時受兩個吸電子的羰基影響，其氫原子變得很活潑，容易作為氫離子離開，同時使活潑亞甲基的碳原子上的電子對發生共軛轉移，負電荷落在內氧原子上。分子中的兩個羰基的親電子性能不同，酮的羰基親電性較強，氧上容易帶有負電荷，形成烯醇式結構。酮式和烯醇式迅速互相變換，互為變異構體。這兩種異構體在低溫（-78℃）時互變速率很慢，可將它們分開。此外，還有環已酮的酮式和烯醇式的互變異構現象等。
乙醯乙酸乙酯的兩種互變異構體
乙醯乙酸乙酯的兩種互變異構體硝基化合物的互變異構
在脂肪族硝基化合物中，由於硝基化合物的強吸電子誘導效應的影響，使α-位上的氫原子變得活潑，因此也存在著與酮-烯醇類似的互變異構現象，即硝基式
假酸式，假酸式也可以看成是烯醇式。如圖所示：
硝基化合物的互變異構對於沒有α-H的硝基式化合物是不能發生互變異構的。
具有α-H的脂肪族硝基化合物，發生互變異物的依據是根據他們既能以硝基化合物進行反應，又可以溶於鹼生成互變異構體的鹽。例如硝基甲烷可以提供α-H與甲醛在鹼性介質中發生羥醛縮合類型的反應：
三羥基硝基甲烷合成的方程式硝基甲烷也可以溶於鹼生成鹽。硝基化合物的互變異構，異構體之間也是以很快的速度互相轉化，一般烯醇化的比例很小，如在硝基甲烷中烯醇式只占1.1×10-7%。
糖的互變異構
D-葡萄糖由開鏈形式形成半縮醛式的環狀結構後，可以得到α和β型葡萄糖兩種構型。當其溶於水時，會發生變旋現象。這種變旋現象是由於α氧環式和β氧環式中間經過開鏈式形成一個互變平衡體系而引起的。如下圖所示：
糖的互變異構新配製的α-D-葡萄糖溶液比旋光度為+112°，而新配製的β-D-葡萄糖溶液比旋光度為+19°，這兩種溶液當他們達到平衡時，都含有約37%的α-D-葡萄糖和約63%的β-D-葡萄糖，因此，他們的平衡時的比旋光度都等於+52°。
其他常見的互變異構化反應
烯胺 - 亞胺烯胺 - 烯胺，例：磷酸吡哆醛催化的酶反應。
質子轉移互變異構（Prototropic tautomerism）可以看作酸鹼反應的一種，涉及質子的轉移。
環內互變異構（Intra-annular tautomerism）是質子轉移互變異構的一種，其中質子可以占雜環中的兩個或多個位置，例如：1H-和3H-咪唑；1H-、2H-和4H-1，2，4-三唑；1H-和2H-異吲哚。
