Asetaalit sisältävät kaksi –OR-ryhmää, yhden –R-ryhmän ja –H-atomin. Hemiasetaaleissa asetaalien yksi -OR-ryhmistä korvataan -OH-ryhmällä. Tämä on avainero asetaalin ja hemiasetaalin välillä.
Asetaalit ja puoliasetaalit ovat kaksi funktionaalista ryhmää, joita esiintyy yleisimmin luonnontuotteissa. Hemiasetaali on kemiallinen välituoteyhdiste, joka muodostuu asetaalin muodostumiskemiallisen prosessin aikana. Siksi näillä kahdella ryhmällä on pieni ero kemiallisessa rakenteessa. Yksityiskohtaisesti, molempien näiden yhdisteiden keskushiiliatomi on sp3-C-atomi, joka on sitoutunut neljään sidokseen, ja näistä neljästä sidoksesta vain yksi sidostyyppi on erilainen.
Mikä on Acetal?
Asetaali on funktionaalinen ryhmä, jossa keskeisessä hiiliatomissa on neljä sidosta; -TAI1, -OR2, -R3 ja H (jossa R 1, R2 ja R3ryhmät ovat orgaanisia fragmentteja). Nämä kaksi –OR-ryhmää voivat olla toisiaan vastaavia (symmetriset asetaalit) tai erilaisia (sekaasetaali).
Kuva 1: Asetaali
Keskihiiliatomin sanotaan olevan tyydyttynyt, koska siinä on neljä sidosta, ja tämä antaa keskeiselle hiiliatomille tetraederisen geometrian. Asetaatteja voidaan muodostaa aldehydeistä. Asetaalin muodostuminen voi tapahtua, kun hemiasetaalin hydroksyyliryhmä protonoituu menettääkseen vesimolekyylin. Alkoholimolekyyli hyökkää sitten tuloksena olevaan karbokationiin nopeasti. Viimeisessä vaiheessa asetaalin muodostuminen päättyy saatuaan protonin alkoholista. Asetaaalien muodostumismekanismi voidaan selittää seuraavasti.
Kuva 2: Asetaalien muodostuminen
Lisäksi asetaatteja käytetään karbonyyliryhmien suojaamiseen orgaanisessa synteesissä, koska ne ovat stabiileja monien hapettimien ja pelkistysaineiden kanssa sekä hydrolyysissä emäksisessä väliaineessa.
Esimerkkejä
Joitakin esimerkkejä asetaalifunktionaalisia ryhmiä sisältävistä kemiallisista yhdisteistä ovat alla.
- Dimetoksimetaani: liuotin
- Dioxolane
- Metaldehydi
- Paraldehydi
- Useimmat hiilihydraattien ja muiden polysakkaridien glykosidisidokset ovat asetaalisidoksia.
- Selluloosa on kaikkialla esiintyvä esimerkki polyasetaalista.
- Polyoksimetyleeni (POM): formaldehydipolymeeri, jota käytetään muovina.
- 1, 1-dietoksietaani (asetaldehydietyyliasetaali), on tärkeä aromiaine tislatuissa juomissa.
Mikä on hemiasetaali?
Hemiasetaalit ovat peräisin aldehydeistä ja termi hemiasetaali tulee kreikan sanasta "hemi" tarkoittaa "puolikkaat".
Kuva 3: Hemiasetaali
Hemiasetaalit voidaan syntetisoida useilla menetelmillä; lisäämällä nukleofiilisesti alkoholia aldehydiin, lisäämällä alkoholia nukleofiilisesti resonanssistabiloituun hemiasetaalikationiin ja osittaisella asetaalin hydrolyysillä.
Kuva 4: Hemiasetaalin muodostuminen
Puoliasetaalimolekyylin tärkein rakenteellinen piirre on keskeinen hiiliatomi, jossa on neljä erilaista sidosta; -TAI1 ryhmä, -R2 ryhmä, -H-ryhmä ja -OH-ryhmä.
Esimerkkejä
Useimmat puoliasetaalit löytyvät yhteisistä funktionaalisista ryhmistä luonnontuotteissa. Joitakin esimerkkejä ovat;
- Glukoosi
- Mykorritsiini A
- Tromboksaani B2
Mitä eroa asetaalilla ja hemiasetaalilla on?
Asetaalifunktionaalisessa ryhmässä on sp3 hybridisoitunut hiiliatomi, joka on sitoutunut kahteen –OR-ryhmään, vetyatomiin ja –R-ryhmään. Sitä vastoin puoliasetaalien keskusatomi sisältää sp3-C-atomin, joka on sitoutunut neljään eri kemialliseen ryhmään; ne ovat -OR, -R, -OH ja -H.
Asetaalit ovat kemiallisesti stabiileja verrattuna puoliasetaaleihin. Asetaaalit kuitenkin hydrolysoituvat helposti takaisin lähtöalkoholiksi ja karbonyyliyhdisteeksi vesipitoisten happojen läsnä ollessa. Yleensä pidämme hemiasetaaleja epästabiileina kemiallisina yhdisteinä, joten niillä on taipumus muodostaa rengasrakenteita nostaakseen stabiilisuutta. Tässä tapauksessa 5- tai 6-jäsenisten renkaiden muodostuminen on mahdollista, ja tämä tapahtuu -OH-ryhmän reaktiossa karbonyyliryhmän kanssa. Kaksi esimerkkiä syklisistä puoliasetaaleista ovat glukoosi ja aldoosi.
Yhteenveto – Asetaali vs. Hemiasetaali
Asetaalit sisältävät kaksi –OR-ryhmää, yhden –R-ryhmän ja –H-atomin. Hemiasetaaleissa asetaalien yksi -OR-ryhmistä korvataan -OH-ryhmällä. Tämä on asetaalin ja hemiasetaalin perusero.
