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En química orgánica , un acetal es un grupo funcional con la conectividad R₂C (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"). Un acetal se forma a partir de dos moléculas de alcohol y un aldehído o cetona , y se puede convertir en ellos, pero los acetales tienen una estabilidad química y reactividad sustancialmente diferentes en comparación con los compuestos carbonílicos análogos . El átomo de carbono central tiene cuatro enlaces con él, y por lo tanto está saturado y tiene 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 vez de aldehídos y, históricamente, el término acetal se utilizaba 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 inicialmente desaconsejó por completo el uso de la palabra cetal, pero desde entonces ha revertido su decisión. Sin embargo, a diferencia del uso histórico, los cetales son ahora un subconjunto de los acetales, un término que ahora abarca estructuras derivadas tanto de aldehídos como de cetonas.
Si uno de los grupos R tiene un átomo de oxígeno como primer átomo (es decir, hay más de dos átomos de oxígeno unidos mediante 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 uno de los R' es un 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 resultante 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 , al igual que con los ésteres . A medida que avanza la reacción para formar un acetal, se debe eliminar el agua de la mezcla de reacción, por ejemplo, con un aparato de Dean-Stark , para evitar que hidrolice el producto y lo convierta de nuevo en 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 desde el punto de vista entrópico . Una situación en la que la reacción no es entrópica desfavorable es cuando se utiliza una sola molécula de diol en lugar de dos moléculas de alcohol separadas (carbonilo + diol → acetal + agua).
Acetalización y cetalización
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 y 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 retención de agua con desecantes como el óxido de aluminio y los tamices moleculares . Los pasos que se supone que intervienen son: protonación del oxígeno carbonílico, 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:
- RCH=O + H + ⇌ RCH=OH +
- RCH=OH + + R'OH ⇌ RCH(OH)(OR') + H +
- RCH(OH)(OR') + H + ⇌ RC + H(OR') + H 2 O
- RC + H(OR') + R'OH ⇌ RCH(OR') 2 + H +
Otra forma de evitar el coste entrópico es realizar la síntesis mediante intercambio de acetales ( transacetalización ), utilizando un reactivo de tipo acetal preexistente como donador del grupo OR' en lugar de la 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 al hidrolizar las moléculas residuales de ortoéster, y esta reacción secundaria también produce más alcohol para ser utilizado en la reacción principal.
Ejemplos
Azúcares
Dado que muchos azúcares son polihidroxialdehídos y cetonas, son una fuente rica de acetales y cetales. La mayoría de los enlaces glucosídicos en 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.
Derivados quirales
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 ]
Formaldehído y acetaldehído
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 llama formal [ 4 ] o grupo metilendioxi . El acetal formado a partir de la acetona a veces se llama acetónido . El formaldehído forma paraformaldehído 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 paraldehído y metaldehído .
Acetales inusuales
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 ]
Sabores y fragancias
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 fraistone ( 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.
compuestos relacionados
Utilizado en un sentido más general, el término X , Y - acetal también se refiere a cualquier grupo funcional que consta de un carbono con dos heteroátomos X e Y. Por ejemplo, N , O -acetal se refiere a compuestos del tipo R1R2C ( OR ) (NR'2 ) (R,R' ≠ H), también conocidos como hemiaminal éter o aminal , o aminoacetal.
S , S -acetal se refiere a compuestos del tipo R 1 R 2 C(SR)(SR') (R,R' ≠ H), también conocidos como tioacetales y tiocetales .
Véase también
Referencias
- ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " cetales ". doi : 10.1351/goldbook.K03376
- ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " glucósidos ". doi : 10.1351/goldbook.G02661
- ↑ Kocieński, Philip J. (1994). Protecting Groups (1.ª ed.). Nueva York: Georg Thieme Verlag. pp. 164–167 . ISBN 3131370017.
- ↑ Morrison, Robert T. y Boyd, Robert N., "Química orgánica (6.ª ed.)". pág. 683. Prentice-Hall Inc. (1992).
- ↑ Chéry, Florence; Rollin, Patrick; De Lucchi, Ottorino; Cossu, Sergio (2000). "Acetatos de fenilsulfoniletilideno (PSE) como grupos protectores de carbohidratos atípicos". Tetrahedron Letters . 41 (14): 2357– 2360. doi : 10.1016/s0040-4039(00)00199-4 . ISSN 0040-4039 .
- ^ Maarse, Henk (29 de marzo de 1991). Compuestos volátiles en alimentos y bebidas . Prensa CRC. ISBN 978-0-8247-8390-7.
- ↑ Panten, Johannes; Surburg, Horst (2016). «Sabores y fragancias, 3. Compuestos aromáticos y heterocíclicos». Enciclopedia de química industrial de Ullmann . págs. 1–45 . doi : 10.1002/14356007.t11_t02 . ISBN 978-3-527-30673-2.
- Acetales
- Grupos funcionales
- grupos de protección
