乙酰丙酮的酮式-烯醇式互变异构的核磁共振研究——推荐一个物理化学实验

doi:10.3866/PKU.DXHX202304040

大学化学 >> 2023, Vol. 38 >> Issue (11): 216-222.doi: 10.3866/PKU.DXHX202304040

乙酰丙酮的酮式-烯醇式互变异构的核磁共振研究——推荐一个物理化学实验

冯柳宾, 欧阳捷, 安冬丽, 叶剑良()

厦门大学化学化工学院, 福建厦门 361005

收稿日期:2023-04-11 录用日期:2023-06-07 发布日期:2023-06-15
通讯作者: 叶剑良 E-mail:yejl@xmu.edu.cn
基金资助:
福建省自然科学基金项目(2021J01020)

NMR Study of Keto-Enol Tautomeric Equilibrium in Acetylacetone: An Experiment for Physical Chemistry Laboratory

Liubin Feng, Jie Ouyang, Dongli An, Jianliang Ye()

College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian Province, China

Received:2023-04-11 Accepted:2023-06-07 Published:2023-06-15
Contact: Jianliang Ye E-mail:yejl@xmu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

羰基化合物的酮式-烯醇式互变异构是大学有机化学的重要知识点。本实验采用CDCl₃和DMSO-d₆构建不同极性的溶液模型，并利用定量核磁共振氢谱技术结合理论化学计算探讨溶剂极性对乙酰丙酮中互变异构化学平衡的影响。实验涉及有机化学、物理化学、仪器分析等多学科知识，可以帮助学生深入理解基础概念，培养实验联系理论的化学研究思维。

关键词: 核磁共振, 酮式-烯醇式互变异构, 混合溶剂, 乙酰丙酮

Abstract:

A physical chemistry experiment involving organic chemistry, computational chemistry, and instrumental analysis is described for junior students majoring in chemistry. Keto-enol tautomerism is a fundamental concept in undergraduate organic chemistry. The keto-enol tautomeric equilibrium of acetylacetone in a series of binary solvent mixtures of deuterated chloroform and deuterated dimethyl sulfoxide with various polarities was explored using NMR spectroscopy and theoretical computations. The effect of solvent polarity on the equilibrium is discussed in combination with NMR and theoretical computation results. This experiment facilitates students' understanding of abstract concepts enables them to integrate theory with experiments and systematically analyze multiple techniques to explore chemical processes and principles.

Key words: NMR, Keto-enol tautomerism, Mixed solvent, Acetylacetone

冯柳宾, 欧阳捷, 安冬丽, 叶剑良. 乙酰丙酮的酮式-烯醇式互变异构的核磁共振研究——推荐一个物理化学实验[J]. 大学化学, 2023, 38(11): 216-222.

Liubin Feng, Jie Ouyang, Dongli An, Jianliang Ye. NMR Study of Keto-Enol Tautomeric Equilibrium in Acetylacetone: An Experiment for Physical Chemistry Laboratory[J]. University Chemistry, 2023, 38(11): 216-222.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202304040

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2023/V38/I11/216

图/表 6

图1

表1

表2

图2

表3

图3

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DMSO-d₆体积分数(%)	ε
0	4.80
25	5.28
50	8.74
75	25.04
100	46.70

溶剂	H3/H3’		CH₃		烯醇占比/%	K_eq	T₁ ^a/s
DMSO-d₆含量/%	烯醇式	酮式	烯醇式	酮式	烯醇占比/%	K_eq	T₁ ^a/s
0	5.50	3.59	2.05	2.25	84.7	5.54	5.73
25	5.55	3.63	2.04	2.22	80.3	4.04	6.12
50	5.59	3.65	2.03	2.17	73.1	2.72	5.47
75	5.64	3.67	2.02	2.15	67.1	2.03	5.92
100	5.69	3.69	2.02	2.13	56.6	1.31	6.38

溶剂	烯醇式		酮式		烯醇式玻尔兹曼比例
DMSO-d₆含量/%	自由能/(a.u.)	偶极矩/D	自由能/(a.u.)	偶极矩/D	烯醇式玻尔兹曼比例
0	−345.73362	3.53	−345.73157	1.81	89.8
25	−345.73370	3.55	−345.73178	1.82	88.5
50	−345.73407	3.64	−345.73267	1.87	81.5
75	−345.73451	3.73	−345.73365	1.93	71.6
100	−345.73463	3.76	−345.73392	1.95	67.9

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乙酰丙酮的酮式-烯醇式互变异构的核磁共振研究——推荐一个物理化学实验

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