En química orgánica , un acetal es un grupo funcional con la conectividad R 2 C (OR') 2 . Aquí, los grupos R pueden ser fragmentos orgánicos (un átomo de carbono , con otros átomos arbitrarios unidos a él) o hidrógeno , mientras que los grupos R' deben ser fragmentos orgánicos, no hidrógeno. Los dos grupos R' pueden ser equivalentes entre sí (un "acetal simétrico") o no (un "acetal mixto"). Los acetales se forman a partir de aldehídos o cetonas y son convertibles en ellos y tienen el mismo estado de oxidación en el carbono central, pero tienen una estabilidad química y reactividad sustancialmente diferentes en comparación con los compuestos carbonílicos análogos. El átomo de carbono central tiene cuatro enlaces y, por lo tanto, está saturado y tiene geometría tetraédrica .
El término cetal se usa a veces para identificar estructuras asociadas con cetonas (ambos grupos R son fragmentos orgánicos en lugar de hidrógeno) en lugar de aldehídos e, históricamente, el término acetal se usó específicamente para los casos relacionados con aldehídos (que tienen al menos un hidrógeno en lugar de una R en el carbono central). [1] La IUPAC originalmente desaprobó por completo el uso de la palabra ketal, pero desde entonces ha revocado su decisión. Sin embargo, en contraste con el uso histórico, los cetales son ahora un subconjunto de acetales, un término que ahora abarca estructuras derivadas tanto de aldehídos como de cetonas.
Si uno de los grupos R tiene un oxígeno como primer átomo (es decir, hay más de dos oxígenos con enlaces simples al carbono central), el grupo funcional es un ortoéster . A diferencia de las variaciones de R, ambos grupos R' son fragmentos orgánicos. Si un R' es hidrógeno, el grupo funcional es un hemiacetal , mientras que si ambos son H, el grupo funcional es un hidrato de cetona o un hidrato de aldehído.
La formación de un acetal ocurre cuando el grupo hidroxilo de un hemiacetal se protona y se pierde en forma de agua. El carbocatión que se produce es rápidamente atacado por una molécula de alcohol . La pérdida del protón del alcohol unido da el acetal.
Los acetales son estables en comparación con los hemiacetales pero su formación es un equilibrio reversible como ocurre con los ésteres . A medida que avanza la reacción para crear un acetal, se debe eliminar el agua de la mezcla de reacción, por ejemplo, con un aparato Dean-Stark , para que no hidrolice el producto nuevamente al hemiacetal. La formación de acetales reduce el número total de moléculas presentes (carbonilo + 2 alcoholes → acetal + agua) y, por lo tanto, generalmente no es favorable en términos de entropía . Una situación en la que no es entrópicamente desfavorable es cuando se utiliza una sola molécula de diol en lugar de dos moléculas de alcohol separadas (carbonilo + diol → acetal + agua). Otra forma de evitar el costo entrópico es realizar la síntesis mediante intercambio de acetal, utilizando un reactivo de tipo acetal preexistente como donante del grupo OR' en lugar de una simple adición de alcoholes. Un tipo de reactivo utilizado para este método es un ortoéster. En este caso, el agua producida junto con el producto acetal se destruye cuando hidroliza las moléculas de ortoéster residuales, y esta reacción secundaria también produce más alcohol para usar en la reacción principal.
Los acetales se utilizan como grupos protectores de los grupos carbonilo en síntesis orgánica porque son estables con respecto a la hidrólisis por bases y con respecto a muchos agentes oxidantes y reductores. Pueden proteger el carbonilo en una molécula (haciéndolo reaccionar temporalmente con un alcohol) o un diol (haciéndolo reaccionar temporalmente con un carbonilo). Es decir, el carbonilo, los alcoholes o ambos podrían ser parte de la molécula cuya reactividad se desea controlar.
Varios compuestos carbonílicos específicos tienen nombres especiales para sus formas acetálicas. Por ejemplo, un acetal formado a partir de formaldehído (dos hidrógenos unidos al carbono central) a veces se denomina grupo formal [2] o metilendioxi . El acetal formado a partir de acetona a veces se llama acetónido .
Usado en un sentido más general, el término X , Y - acetal también se refiere a cualquier grupo funcional que consta de un carbono que contiene dos heteroátomos X e Y. Por ejemplo, N , O -acetal se refiere a compuestos de tipo R 1 R 2 C(OR)(NR' 2 ) (R,R' ≠ H) también conocido como éter hemiaminal ) y S , S -acetal se refiere a compuestos de tipo R 1 R 2 C(SR)(SR') (R,R' ≠ H, también conocido como tioacetal ).
La acetalización es la reacción orgánica que implica la formación de un acetal (o cetales). Una forma de formación de acetal es la adición nucleofílica de un alcohol a una cetona o un aldehído. La acetalización se utiliza a menudo en síntesis orgánica para crear un grupo protector porque es una reacción reversible.
La acetalización está catalizada por ácido con eliminación de agua; Los acetales no se forman en condiciones básicas . La reacción puede conducirse al acetal cuando se elimina el agua del sistema de reacción, ya sea mediante destilación azeotrópica o atrapando agua con tamices moleculares u óxido de aluminio .
El grupo carbonilo en 1 toma un protón del hidronio . El grupo carbonilo protonado 2 se activa para la adición nucleófila del alcohol. Las estructuras 2a y 2b son mesómeros . Después de la desprotonación de 3 por agua se forma el hemiacetal o hemiketal 4 . El grupo hidroxilo en 4 se protona dando lugar al ion oxonio 6 que acepta un segundo grupo alcohol en 7 con una desprotonación final al acetal 8 . La reacción inversa se produce añadiendo agua en el mismo medio ácido. Los acetales son estables frente a los medios básicos. En una transacetalización o crossacetalización un diol reacciona con un acetal o dos acetales diferentes reaccionan entre sí. Nuevamente esto es posible porque todos los pasos de la reacción son equilibrios.
Aunque muchos compuestos contienen un grupo funcional acetal, al menos dos compuestos acetal se denominan "acetal" para abreviar: