Кіріспе
Органикалық химияда ацетал – >C(O–)2 құрылымына ие органикалық қосылыс. Ацетал – |R2C(OR')2 байланыстылығы бар функционалдық топ. Мұнда R топтары органикалық фрагменттер (көміртек атомы, оған кез келген басқа атомдар қосылған) немесе сутек болуы мүмкін, ал R' топтары сутек емес, органикалық фрагменттер болуы керек. Екі R' тобы бір-біріне тең болуы мүмкін ("симметриялық ацетал") немесе әртүрлі болуы мүмкін ("аралас ацетал"). Ацетальдар альдегидтерден немесе кетондардан түзіледі және оларға айналуға болады, орталық көміртек атомындағы тотығу күйі бірдей, бірақ осыған ұқсас карбонил қосылыстарымен салыстырғанда химиялық тұрақтылығы мен реактивтілігі айтарлықтай өзгеше. Орталық көміртек атомына төрт байланыс бар, сондықтан ол қаныққан және тетраэдрлік геометрияға ие. Кететал термині кейде кетондармен байланысты құрылымдарды (R топтарындағы органикалық фрагменттер сутек емес) белгілеу үшін қолданылады, ал тарихи тұрғыдан ацетал термині альдегидтерге қатысты жағдайларда ғана қолданылған (орталық көміртектегі R орнында кем дегенде бір сутек бар). IUPAC бастапқыда кететал сөзін пайдалануды жоққа шығарды, бірақ кейіннен шешімін өзгертті. Дегенмен, тарихи қолданыстан айырмашылығы, кететальдар қазір ацетальдардың кіші тобы болып табылады, бұл термин альдегидтер мен кетондардан алынған құрылымдарды қамтиды. Егер R топтарының бірінде бірінші атом ретінде оттек болса (яғни, орталық көміртекке бірден байланған екіден астам оттек болса), функционалдық топ ортоэстер болып табылады. R-дің өзгеруіне қарағанда, екі R' тобы да органикалық фрагменттер болып табылады. Егер R'-тың бірі сутек болса, функционалдық топ гемиацетал, ал екеуі де H болса, функционалдық топ кетон гидраты немесе альдегид гидраты болып табылады. Ацетал гемиацеталдың гидроксил тобы протондалып, су түрінде жоғалғанда түзіледі. Пайда болған карбокатион спирт молекуласымен жылдам әрекеттеседі. Қосақ спирттен алынған протонның жоғалуы ацеталға әкеледі. Ацетальдар гемиацетальдарға қарағанда тұрақтырақ, бірақ олардың түзілуі эфирлердегідей қайтымды тепе-теңдік болып табылады. Ацетал түзілу реакциясы кезінде су реакциялық қоспадан алынып тасталуы керек, мысалы, Dean-Stark аппаратурасымен, әйтпесе ол өнімді гемиацеталға қайта гидролиздейді. Ацетальдардың түзілуі молекулалардың жалпы санын азайтады (карбонил + 2 спирт → ацетал + су) және сондықтан энтропияға қатысты әдетте қолайлы емес. Энтропиялық тұрғыдан қолайсыз емес жағдайлардың бірі – екі жеке спирт молекуласының орнына (карбонил + диол → ацетал + су) бір диол молекуласын пайдалану. Энтропиялық шығындарды болдырмаудың тағы бір жолы – синтезді ацетал алмасу арқылы жүргізу, яғни OR' тобының доноры ретінде алдын ала бар ацетал тәрізді реагентті пайдалану, алкогольдерді жай ғана қосудың орнына. Бұл әдісте қолданылатын реагенттің бір түрі – ортоэстер. Бұл жағдайда ацетал өнімімен бірге түзілген су қалдық ортоэстер молекулаларын гидролиздегенде жойылады, ал бұл жанама реакция негізгі реакцияда пайдаланылатын спиртті көбірек өндіреді. Ацетальдар органикалық синтезде карбонил топтарын қорғау үшін қолданылады, өйткені олар негіздермен гидролизделгенде де, көптеген тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш заттарға қатысты да тұрақты. Олар молекуладағы карбонилді (алкогольмен уақытша реакцияға түсіп) немесе диолды (карбонилмен уақытша реакцияға түсіп) қорғай алады. Яғни, карбонил немесе спирттер немесе екеуі де реактивтілігі бақыланатын молекуланың бөлігі болуы мүмкін. Әртүрлі карбонил қосылыстарының ацеталды түрлеріне арнайы атаулары бар. Мысалы, формальдегидтен (орталық көміртекке екі сутек қосылған) түзілген ацеталды кейде формаль немесе метилендиокси тобы деп атайды. Ацетоннан түзілген ацеталды кейде ацетонид деп атайды. Көбірек жалпылама мағынада, X,Y ацеталы термині екі гетероатомнан тұратын көміртекті құрайтын кез келген функционалдық топты білдіреді. Мысалы, N,O ацеталы R1R2C(OR)(NR'2) типіндегі қосылыстарды білдіреді (R,R' ≠ H), сонымен қатар гемиаминдік эфир деп аталады, ал S,S ацеталы R1R2C(SR)(SR') типіндегі қосылыстарды білдіреді (R,R' ≠ H, сонымен қатар тиоацетал деп аталады). Ацетальдар нуклеофилді қосылудан немесе тотығудан қорғайтындықтан басқа, хиральдық көмекші заттар ретінде де қолданылады. Шындығында, хиральды гликольдардың ацетальдары, мысалы, вин қышқылының туындылары жоғары селективтілікпен асимметриялық түрде ашылуы мүмкін. Бұл жаңа хиральдық орталықтарды құруға мүмкіндік береді.
In organic chemistry, an acetal is a functional group with the connectivity |R2C(OR')2. Here, the R groups can be organic fragments (a carbon atom, with arbitrary other atoms attached to that) or hydrogen, while the R' groups must be organic fragments not hydrogen. The two R' groups can be equivalent to each other (a "symmetric acetal") or not (a "mixed acetal"). Acetals are formed from and convertible to aldehydes or ketones and have the same oxidation state at the central carbon, but have substantially different chemical stability and reactivity as compared to the analogous carbonyl compounds. The central carbon atom has four bonds to it, and is therefore saturated and has tetrahedral geometry. The term ketal is sometimes used to identify structures associated with ketones (both R groups organic fragments rather than hydrogen) rather than aldehydes and, historically, the term acetal was used specifically for the aldehyde related cases (having at least one hydrogen in place of an R on the central carbon). The IUPAC originally deprecated the usage of the word ketal altogether, but has since reversed its decision. However, in contrast to historical usage, ketals are now a subset of acetals, a term that now encompasses both aldehyde and ketone derived structures. If one of the R groups has an oxygen as the first atom (that is, there are more than two oxygens single bonded to the central carbon), the functional group is instead an orthoester. In contrast to variations of R, both R' groups are organic fragments. If one R' is a hydrogen, the functional group is instead a hemiacetal, while if both are H, the functional group is a ketone hydrate or aldehyde hydrate. Formation of an acetal occurs when the hydroxyl group of a hemiacetal becomes protonated and is lost as water. The carbocation that is produced is then rapidly attacked by a molecule of alcohol. Loss of the proton from the attached alcohol gives the acetal. Acetals are stable compared to hemiacetals but their formation is a reversible equilibrium as with esters. As a reaction to create an acetal proceeds, water must be removed from the reaction mixture, for example, with a Dean–Stark apparatus, lest it hydrolyse the product back to the hemiacetal. The formation of acetals reduces the total number of molecules present (carbonyl + 2 alcohol → acetal + water) and therefore is generally not favourable with regards to entropy. One situation where it is not entropically unfavourable is when a single diol molecule is used rather than two separate alcohol molecules (carbonyl + diol → acetal + water). Another way to avoid the entropic cost is to perform the synthesis by acetal exchange, using a pre existing acetal type reagent as the OR' group donor rather than simple addition of alcohols themselves. One type of reagent used for this method is an orthoester. In this case, water produced along with the acetal product is destroyed when it hydrolyses residual orthoester molecules, and this side reaction also produces more alcohol to be used in the main reaction. Acetals are used as protecting groups for carbonyl groups in organic synthesis because they are stable with respect to hydrolysis by bases and with respect to many oxidizing and reducing agents. They can either protect the carbonyl in a molecule (by temporarily reacting it with an alcohol) or a diol (by temporarily reacting it with a carbonyl). That is, either the carbonyl, or the alcohols, or both could be part of the molecule whose reactivity is to be controlled. Various specific carbonyl compounds have special names for their acetal forms. For example, an acetal formed from formaldehyde (two hydrogens attached to the central carbon) is sometimes called a formal or the methylenedioxy group. The acetal formed from acetone is sometimes called an acetonide. Used in a more general sense, the term X,Y acetal also refers to any functional group that consists of a carbon bearing two heteroatoms X and Y. For example, N,O acetal refers to compounds of type R1R2C(OR)(NR'2) (R,R' ≠ H) also known as a hemiaminal ether) and S,S acetal refers to compounds of type R1R2C(SR)(SR') (R,R' ≠ H, also known as a thioacetal). Besides protecting against nucleophilic addition or oxidation, acetals also find application as chiral auxiliaries. Indeed acetals of chiral glycols like, e. g. derivatives of tartaric acid can be asymmetrically opened with high selectivity. This enables the construction of new chiral centers.
Ацеталдану
Ацеталдану – ацетал (немесе кетал) түзілуіне байланысты органикалық реакция. Ацетал түзілуінің бір жолы – спирттің кетонға немесе альдегидке нуклеофильді қосылуы. Ацеталдану органикалық синтезде көбінесе қорғаныс тобын жасау үшін қолданылады, себебі бұл қайтымды реакция. Ацеталдану – судың бөлінуімен жүзеге асатын қышқыл катализі; ацетальдар сілтілік жағдайларда түзілмейді. Реакцияны ацеталға қарай жылжуға болады, реакциялық жүйеден суды азеотропты дистилляция арқылы немесе молекулалық ілгектермен немесе алюминий оксидімен байланыстырып алып тастау арқылы. 1-дегі карбонил тобы гидроксоний ионынан протон қабылдайды. Протонталған карбонил тобы 2 спирттің нуклеофильді қосылуы үшін белсендіріледі. 2a және 2b құрылымдары – мезомерлер. 3-тен судың депротондалуынан кейін гемиацетал немесе гемикетал 4 түзіледі. 4-тегі гидроксил тобы протондалады, нәтижесінде 6-оксион ионы пайда болады, ол 7-ге екінші спирт тобын қабылдайды, соңғы депротондалу ацетал 8-ге дейін жүзеге асады. Кері реакция дәл осындай қышқыл ортада су қосу арқылы өтеді. Ацетальдар сілтілік ортаға төзімді. Трансацеталдану немесе кроссацеталдану кезінде диол ацеталмен немесе екі түрлі ацеталь бір-бірімен әрекеттеседі. Бұл да мүмкін, өйткені реакцияның барлық қадамдары тепе-теңдікте болады.