Formación de hemiacetales
En este tema de química orgánica veremos cómo los alcoholes (R-OH) se suman a los grupos carbonilo. Los grupos carbonilos se caracterizan por tener un doble enlace carbono-oxígeno. Los dos principales grupos funcionales que constan de este doble enlace carbono-oxígeno son los aldehídos y las cetonas.
Se ha demostrado que el agua se añade rápidamente a la función carbonilo de los aldehídos y las cetonas para formar geminal-diol. En una reacción similar, los alcoholes se añaden de forma reversible a los aldehídos y cetonas para formar hemiacetales (hemi, griego, mitad). Esta reacción puede continuar añadiendo otro alcohol para formar un acetal. Los hemiacetales y acetales son grupos funcionales importantes porque aparecen en los azúcares.
Para lograr la formación efectiva de hemiacetales o acetales, es necesario aplicar dos características adicionales. En primer lugar, debe utilizarse un catalizador ácido porque el alcohol es un nucleófilo débil; y en segundo lugar, el agua producida con el acetal debe eliminarse de la reacción mediante un proceso como un tamiz molecular o una trampa Dean-Stark. Esto último es importante, ya que la formación de acetales es reversible. De hecho, una vez que se obtienen hemiacetales o acetales puros, pueden hidrolizarse de nuevo a sus componentes de partida mediante un tratamiento con ácido acuoso y un exceso de agua.
De acetal a cetona
Un acetal es un grupo funcional con la conectividad R2C(OR’)2). En este caso, 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 una reactividad sustancialmente diferentes en comparación con los compuestos análogos de carbonilo. El átomo de carbono central tiene cuatro enlaces, por lo que está saturado y tiene una geometría tetraédrica.
El término ketal se utiliza a veces para identificar estructuras asociadas con cetonas (ambos grupos R fragmentos orgánicos en lugar de hidrógeno) en lugar de aldehídos e, históricamente, el término acetal se utilizaba específicamente para los casos relacionados con los aldehídos (que tienen al menos un hidrógeno en lugar de un R en el carbono central)[1] La IUPAC originalmente desaprobó el uso de la palabra ketal por completo, pero desde entonces ha revertido su decisión. Sin embargo, en contraste con el uso histórico, los cetales son ahora un subconjunto de los acetales, un término que ahora abarca tanto las estructuras derivadas de los aldehídos como de las cetonas.
Enol
Como se ilustra en la Tabla 2, a continuación investigamos la acetalización del tetrahidrofurano 3, el tetrahidropiranol 4a y el éter de O-t-butildimetilsililo de este último (4b). Mientras que se obtuvieron buenos rendimientos de acetales a partir de la reacción con alcoholes primarios o secundarios, o con hidroperóxido de t-butilo, la acetalización con fenol se realizó con un rendimiento pobre. Los intentos de acetalización de la 2,3,4,6-tetrabencilglucosa, el tetraacetato correspondiente o sus derivados 1-O-silílicos no tuvieron éxito (no se muestra).
El reenvío del acetal 7 purificado a las condiciones típicas de reacción en presencia de un ligero exceso de agua no dio lugar a la reformación de 4a. Sin embargo, observamos una rápida transactivación cuando 7 se sometió a las condiciones de reacción en presencia de metanol (Esquema 1).
Después de que la monitorización por TLC de las reacciones revelara la acumulación de un intermedio desconocido, realizamos reacciones de control en ausencia de un nucleófilo. Éstas revelaron una rápida condensación promovida por el Re2O7 de los hemiacetales a oxibisacetales diméricos (Tabla 3). Como se describirá más adelante, estos aparentes subproductos resultaron ser sustratos competentes para la formación de acetales.
Ver 1+ más
Esta sección presenta un segundo ejemplo del uso de un grupo protector. [Debido a la reactividad de los grupos hidroxi y carbonilo, a menudo necesitamos proteger dichos grupos durante las síntesis orgánicas. Cuando diseñe síntesis de varios pasos como parte de una tarea o pregunta de examen, debe tener siempre presente la posibilidad de que necesite proteger dichos grupos para llevar a cabo con éxito la secuencia de reacciones deseada.
En este tema de química orgánica, veremos cómo los alcoholes (R-OH) se suman a los grupos carbonilo. Se ha demostrado en la sección 19.5 que el agua se añade rápidamente a la función carbonilo de los aldehídos y las cetonas para formar geminal-dioles. En una reacción similar, un equivalente de un alcohol, en presencia de un catalizador ácido, se añade reversiblemente a aldehídos y cetonas para formar un éter hidroxilado llamado hemiacetal (R2COHOR’) (hemi, griego, mitad). Esta reacción puede continuar añadiendo otro equivalente de un alcohol para formar un diéter llamado acetal R2C(OR’)2. Los hemiacetales y acetales son grupos funcionales importantes porque aparecen en las estructuras de muchos azúcares.