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.

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.