[科普中国]-互变异构

指一类特殊的同分异构现象。其特点是含有杂原子（如氮、氧或硫原子）的两个同分异构体，其结构差异仅在于质子和相应的双键的迁移，且这两个异构体共存于一个平衡体系中，以相当高的速率互相变换着。酮-烯醇互变异构是较普遍的现象，它可以被酸或碱所催化。

定义互变异构，又称为平衡异构现象，不同官能团异构体处于动态平衡，能很快地相互转变，是一种特殊的官能团异构。1885年，有机化学家拉尔第一次提出这个概念。1

互变异构转变历程正离子移变分子中原子或者原子团以正离子形式发生转移，这种过程称为正离子转变。

（1）单分子质子转变历程

这一历程表示，失去质子和得到质子是分步进行的，一般酸性较强的物质或极性较强的溶剂，有利于这一历程进行。在酸催化下，则是借助“O”的质子化来催化进行的。

（2）双分子质子转变历程

当化合物酸性很弱时，物质不能向上述的历程那样出现负离子，而是质子由一个位置转移到另一个位置是协同进行的。

负离子移变（1）单分子历程

特点：形成碳正离子中间体

（2）双分子历程

特点：协同历程

（3）分子内历程

邻苯二甲酸酯在酸催化下的互变异构就是分子内的负离子移变。1

重要的结构-烯醇式互变酮式-烯醇式互变酮式-烯醇式互变是指因酮或醛和烯醇之间的化学平衡。在有机化学中，酮-烯醇互变异构(Keto-Enol Tautomerism)是指因酮或醛和烯醇之间的化学平衡。酮或醛和烯醇称为互变异构体。此平衡出现的原因是，酮和醛等羰基化合物具有酸性的α-质子，在不同的PH值下进行质子的转移，形成酮式和烯醇式。所以，烯醇式是酮和醛的一种存在形式，不同的酮在溶液中，有不同的烯醇式含量，可以经由H核磁共振所测定。一般烯醇式的含量由5%至95%不等，视乎羰基化合物的结构、温度、溶剂和pH值等。1

举例说明某些有机化合物的结构以两种官能团异构体互相迅速变换而处于动态平衡的现象。例如，乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式的平衡混合物：在乙酰乙酸乙酯中加入能与酮作用的足够试剂后，乙酰乙酸乙酯将全部以酮式起反应；同样，加入足够量的烯醇试剂后，则能全部以烯醇式起反应。酮式中的活泼亚甲基由于同时受两个吸电子的羰基影响，其氢原子变得很活泼，容易作为氢离子离开，同时使活泼亚甲基的碳原子上的电子对发生共轭转移，负电荷落在内氧原子上。分子中的两个羰基的亲电子性能不同，酮的羰基亲电性较强，氧上容易带有负电荷，形成烯醇式结构。酮式和烯醇式迅速互相变换，互为变异构体。这两种异构体在低温（-78℃）时互变速率很慢，可将它们分开。此外，还有环已酮的酮式和烯醇式的互变异构现象等。2

常见的互变异构酮 - 烯醇，例：丙酮。参见酮-烯醇互变异构。

酰胺 - 亚胺酸，例：腈水解反应。

内酰胺 - 内酰亚胺，杂环中的酰胺-亚胺酸互变异构，例：鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。

烯胺 - 亚胺烯胺 - 烯胺，例：磷酸吡哆醛催化的酶反应。

质子转移互变异构（Prototropic tautomerism）可以看作酸碱反应的一种，涉及质子的转移。

环内互变异构（Intra-annular tautomerism）是质子转移互变异构的一种，其中质子可以占杂环中的两个或多个位置，例如：1H-和3H-咪唑；1H-、2H-和4H-1,2,4-三唑；1H-和2H-异吲哚。

环-链互变异构（Ring-chain tautomerism）也是质子转移互变异构的一种，还伴随有化合物链状结构与环状结构的转化，例如葡萄糖的醛式和吡喃式。

价互变异构（Valence tautomerism）涉及化合物成键电子的迅速重组，例如瞬烯以及某些杂环化合物中存在的链状-环状互变，如叠氮化物 - 四唑。价互变异构体与共振结构和内消旋化合物不同，涉及化合物的分子结构是不同的。1

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学