Ein Acetal ist eine Funktionsgruppe mit der Konnektivität R2C (ODER‘)2). Hier können die R-Gruppen organische Fragmente (ein Kohlenstoffatom, an das beliebige andere Atome gebunden sind) oder Wasserstoff sein, während die R‘ – Gruppen organische Fragmente und nicht Wasserstoff sein müssen. Die beiden R ‚- Gruppen können einander gleichwertig sein (ein“ symmetrisches Acetal“) oder nicht (ein“gemischtes Acetal“)., Acetale werden aus und wandelbar zu Aldehyden oder Ketonen gebildet und haben die gleiche Oxidationsstufe am zentralen Kohlenstoff, haben aber im Vergleich zu den analogen Carbonylverbindungen im Wesentlichen unterschiedliche chemische Stabilität und Reaktivität. Das zentrale Kohlenstoffatom hat vier Bindungen und ist daher gesättigt und hat tetraedrische Geometrie.,
Generische Struktur von Acetalen
Der Begriff ketal wird manchmal verwendet, um Strukturen zu identifizieren, die mit Ketonen assoziiert sind (beide R-Gruppen organische Fragmente anstelle von Wasserstoff) anstelle von Aldehyden und historisch gesehen wurde der Begriff Acetal speziell für die aldehydbezogenen Fälle verwendet (mit mindestens einem Wasserstoff anstelle eines R auf dem zentralen Kohlenstoff). Die IUPAC veraltete ursprünglich die Verwendung des Wortes ketal insgesamt, hat aber seitdem seine Entscheidung rückgängig gemacht., Im Gegensatz zur historischen Verwendung sind Ketale jedoch jetzt eine Teilmenge von Acetalen, ein Begriff, der jetzt sowohl Aldehyd – als auch Keton-abgeleitete Strukturen umfasst.
Wenn eine der R-Gruppen einen Sauerstoff als erstes Atom hat (dh es sind mehr als zwei Oxygene an den zentralen Kohlenstoff gebunden), ist die funktionelle Gruppe stattdessen ein Orthoester. Im Gegensatz zu Variationen von R sind beide R ‚ – Gruppen organische Fragmente. Wenn ein R‘ ein Wasserstoff ist, ist die funktionelle Gruppe stattdessen ein Hemiacetal, während, wenn beide H sind, die funktionelle Gruppe ein Ketonhydrat oder Aldehydhydrat ist.,
Die Bildung eines Acetals tritt auf, wenn die Hydroxylgruppe eines Hemiacetals protoniert wird und als Wasser verloren geht. Die Carbokation, die erzeugt wird, wird dann schnell von einem Molekül Alkohol angegriffen. Der Verlust des Protons aus dem beigefügten Alkohol ergibt das Acetal.,
Acetals are stable compared to hemiacetals but their formation is a reversible equilibrium as with esters., Als Reaktion auf die Bildung eines Acetals muss Wasser aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden, beispielsweise mit einem Dean–Stark-Apparat, damit es das Produkt nicht wieder in das Hemiacetal hydrolysiert. Die Bildung von Acetalen verringert die Gesamtzahl der vorhandenen Moleküle (Carbonyl + 2 Alkohol → Acetal + Wasser) und ist daher in Bezug auf die Entropie im Allgemeinen nicht günstig. Eine Situation, in der es nicht entropisch ungünstig ist, ist, wenn ein einzelnes Diolmolekül anstelle von zwei getrennten Alkoholmolekülen (Carbonyl + Diol → Acetal + Wasser) verwendet wird., Eine andere Möglichkeit, die entropischen Kosten zu vermeiden, besteht darin, die Synthese durch Acetalaustausch durchzuführen, wobei ein bereits vorhandenes Reagenz vom Acetaltyp als Spender der OR‘-Gruppe verwendet wird und nicht die einfache Zugabe von Alkoholen selbst. Eine Art von Reagenz, das für diese Methode verwendet wird, ist ein Orthoester. In diesem Fall wird Wasser, das zusammen mit dem Acetalprodukt produziert wird, zerstört, wenn es restliche Orthoestermoleküle hydrolysiert, und diese Nebenreaktion erzeugt auch mehr Alkohol, der in der Hauptreaktion verwendet wird.,
Acetale werden als Schutzgruppen für Carbonylgruppen in der organischen Synthese verwendet, da sie in Bezug auf die Hydrolyse durch Basen und in Bezug auf viele Oxidations-und Reduktionsmittel stabil sind. Sie können entweder das Carbonyl in einem Molekül (durch vorübergehende Reaktion mit einem Alkohol) oder ein Diol (durch vorübergehende Reaktion mit einem Carbonyl) schützen. Das heißt, entweder das Carbonyl oder die Alkohole oder beide könnten Teil des Moleküls sein, dessen Reaktivität kontrolliert werden soll.
Verschiedene spezifische Carbonylverbindungen haben spezielle Namen für ihre Acetalformen., Zum Beispiel wird ein Acetal, das aus Formaldehyd gebildet wird (zwei Hydrogene, die an den zentralen Kohlenstoff gebunden sind), manchmal als formelle oder Methylendioxygruppe bezeichnet. Das aus Aceton gebildete Acetal wird manchmal als Acetonid bezeichnet.