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 se convierten en ellos y tienen el mismo estado de oxidación en el carbono central, pero tienen una estabilidad química y una 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 una geometría tetraédrica .
El término cetal se utiliza 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 utilizó específicamente para los casos relacionados con aldehídos (que tienen al menos un hidrógeno en lugar de un R en el carbono central). [1] La IUPAC originalmente desaprobó el uso de la palabra cetal por completo, pero desde entonces ha revertido su decisión. Sin embargo, en contraste con el uso histórico, los cetales son ahora un subconjunto de los acetales, un término que ahora abarca tanto las estructuras derivadas de aldehídos como de cetonas.
Si uno de los grupos R tiene un oxígeno como primer átomo (es decir, hay más de dos oxígenos unidos por un enlace simple al carbono central), el grupo funcional es en cambio un ortoéster . A diferencia de las variaciones de R, ambos grupos R' son fragmentos orgánicos. Si un R' es un hidrógeno, el grupo funcional es en cambio 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 atacado rápidamente por una molécula de alcohol . La pérdida del protón del alcohol unido da lugar al acetal.
Los acetales son estables en comparación con los hemiacetales, pero su formación es un equilibrio reversible como con los ésteres . A medida que avanza una 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 alcohol → acetal + agua) y, por lo tanto, generalmente no es favorable con respecto a la entropía . Una situación en la que no es entrópicamente desfavorable es cuando se usa una sola molécula de diol en lugar de dos moléculas de alcohol separadas (carbonilo + diol → acetal + agua).
La acetalización y la cetalización son reacciones orgánicas que implican la formación de un acetal (o cetales) a partir de aldehídos y cetonas, respectivamente. Estas conversiones son catalizadas por ácidos . Eliminan agua. Dado que cada paso suele ser un equilibrio rápido, la reacción debe ser impulsada por la eliminación de agua. Los métodos para eliminar el agua incluyen la destilación azeotrópica y la captura de agua con desecantes como óxido de aluminio y tamices moleculares . Los pasos que se supone que están involucrados son: protonación del oxígeno del carbonilo, adición del alcohol al carbonilo protonado, protonólisis del hemiacetal o hemicetal resultante y adición del segundo alcohol. Estos pasos se ilustran con un aldehído RCH=O y el alcohol R'OH:
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 la simple adición de los propios 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 ser utilizado en la reacción principal.
Dado que muchos azúcares son polihidroxialdehídos y cetonas, los azúcares son una fuente rica de acetales y cetales. La mayoría de los enlaces glucosídicos en los carbohidratos y otros polisacáridos son enlaces acetales. [2] La celulosa es un ejemplo omnipresente de poliacetal.
Acetal y acetónido de bencilideno como grupos protectores utilizados en la investigación de azúcares modificados.
Los acetales también se utilizan como auxiliares quirales. De hecho, los acetales de glicoles quirales, como por ejemplo los derivados del ácido tartárico, se pueden abrir asimétricamente con alta selectividad. Esto permite la construcción de nuevos centros quirales. [3]
El formaldehído forma una rica colección de acetales. Esta tendencia refleja el hecho de que los aldehídos de bajo peso molecular son propensos a la autocondensación, de modo que el enlace C=O es reemplazado por un acetal. El acetal formado a partir del formaldehído (dos hidrógenos unidos al carbono central) a veces se denomina formal [4] o grupo metilendioxi . El acetal formado a partir de acetona a veces se denomina acetónido . El formaldehído forma paraldehído y 1,3,5-trioxano . El plástico de polioximetileno (POM), también conocido como "acetal" o "poliacetal", es un poliacetal (y un poliéter) y un polímero de formaldehído . El acetaldehído se convierte en metaldehído .
El acetal de fenilsulfoniletilideno (PSE) es un ejemplo de acetal de arilsulfonilo que posee propiedades atípicas, como resistencia a la hidrólisis ácida que conduce a la introducción y eliminación selectiva del grupo protector. [5]
El 1,1-dietoxietano (acetaldehído dietil acetal), a veces llamado simplemente "acetal", es un compuesto aromatizante importante en las bebidas destiladas . [6] Dos cetales de acetoacetato de etilo se utilizan en fragancias comerciales. [7] La fructona ( CH 3 C (O 2 C 2 H 4 ) CH 2 CO 2 C 2 H 5 ), un cetal de etilenglicol, y la fraistona ( CH 3 C (O 2 C 2 H 3 CH 3 ) CH 2 CO 2 C 2 H 5 ), un cetal de propilenglicol, son fragancias comerciales.
Utilizado en un sentido más general, el término X , Y - acetal también se refiere a cualquier grupo funcional que consiste en un carbono que lleva dos heteroátomos X e Y. Por ejemplo, N, O-acetal se refiere a compuestos de tipo R1R2C(OR)(NR'2 ) ( R , R ' ≠ H ) también conocido como éter hemiaminal o Aminal , también conocido como aminoacetal.
S , S -acetal se refiere a compuestos del tipo R 1 R 2 C(SR)(SR') (R,R' ≠ H, también conocidos como tioacetal y tiocetales .