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).
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 están catalizadas por ácido . Eliminan el agua. Dado que cada paso es a menudo un equilibrio rápido, la reacción debe ser impulsada por la eliminación de agua. Los métodos para eliminar el agua incluyen la destilación azeotrópica y atrapar el agua con desecantes como óxido de aluminio y tamices moleculares . Pasos que se supone están involucrados: 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 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.
Dado que muchos azúcares son polihidroxialdehídos y cetonas, los azúcares son una rica fuente de acetales y cetales. La mayoría de los enlaces glicosídicos en los carbohidratos y otros polisacáridos son enlaces acetálicos. [2] La celulosa es un ejemplo omnipresente de poliacetal.
Acetal de bencilideno y acetónido como grupos protectores utilizados en la investigación de azúcares modificados.
Los acetales también encuentran aplicación como auxiliares quirales. De hecho, los acetales de glicoles quirales como, por ejemplo, los derivados del ácido tartárico, pueden abrirse 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 de 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 llama 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 arilsulfonil acetal 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 dietilacetal), a veces llamado simplemente "acetal", es un importante compuesto aromatizante en las bebidas destiladas . [6] En las fragancias comerciales se utilizan dos cetales de acetoacetato de etilo. [7] Fructona ( CH 3 C (O 2 C 2 H 4 ) CH 2 CO 2 C 2 H 5 ), un cetal de etilenglicol y fraistone ( CH 3 C (O 2 C 2 H 3 CH 3 )CH 2 CO 2 C 2 H 5 ), un cetal de propilenglicol, una fragancia comercial.
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 o Aminal , también conocido como aminoacetal.
S , S -acetal se refiere a compuestos de tipo R 1 R 2 C(SR)(SR') (R,R' ≠ H, también conocidos como tioacetal y tiocetales .