Ацетали; защита карбонильной группы
Образование ацеталя
linkОпора
- Урок 235. Гидраты и полуацетали — предсказывать положение равновесия гидратации
- Урок 207. Защитные группы для спиртов — защищать и снимать защиту группы OH
Полуацеталь из урока 235 в кислой среде присоединяет вторую молекулу спирта и превращается в ацеталь. Этот путь идёт через катион, поэтому без кислоты реакция не идёт. Ацетали устойчивы в щелочной среде и к большинству реагентов, и это делает их удобной защитой карбонильной группы.
Как получить ацеталь
- Альдегид или кетон с двумя молекулами спирта (или с диолом) в присутствии кислоты даёт ацеталь и воду.
- Механизм: полуацеталь протонируется по группе OH, уходит молекула воды, образуется оксокарбениевый ион, и к нему присоединяется вторая молекула спирта.
- Равновесие сдвигают, удаляя воду (насадкой Дина — Старка) или беря избыток спирта.
- Ацетали устойчивы к основаниям, гидридам, реактивам Гриньяра и окислителям, а в водном растворе кислоты гидролизуются.
Примеры
1. Ацетальдегид и этанол. Ацетальдегид с двумя молекулами этанола в присутствии кислоты даёт 1,1-диэтоксиэтан.
2. Циклический ацеталь. Пентаналь с этиленгликолем в присутствии кислоты даёт 2-бутил-1,3-диоксолан.
errorНужен кислотный катализ
В щелочной среде ацеталь не образуется и не гидролизуется: алкоксид-ион — слишком плохая уходящая группа.
edit_noteПопробуйте сами
Что даст пропаналь с избытком метанола в присутствии HCl?
expand_moreПоказать решение
1,1-Диметоксипропан.
Защита карбонила
Ацеталь из первой части урока устойчив к основаниям, гидридам и металлоорганическим соединениям и снимается кислотой — так же, как силильная защита спирта (урок 207). Поэтому ацеталь служит защитой карбонильной группы, когда реакцию нужно провести в другом месте молекулы.
Как защитить карбонил ацеталем
- Альдегид или кетон с этиленгликолем в присутствии кислоты превращают в 1,3-диоксолан.
- Проводят реакцию в другом месте молекулы: реактивы Гриньяра, алюмогидрид лития и основания ацеталь не затрагивают.
- Снимают защиту раствором кислоты в воде.
- Альдегидная группа защищается быстрее кетонной, потому что она активнее.
Примеры
1. Восстановление сложного эфира при защищённом кетоне. Кетонную группу этил-4-оксопентаноата защищают этиленгликолем, сложный эфир восстанавливают алюмогидридом лития, а затем снимают защиту кислотой: получается 5-гидроксипентан-2-он.
2. Реактив Гриньяра при защищённом альдегиде. 4-Бромбутаналь защищают, превращают в реактив Гриньяра, присоединяют к ацетону и снимают защиту: получается 5-гидрокси-5-метилгексаналь, \(\ce{Br(CH2)3CHO -> (CH3)2C(OH)(CH2)3CHO}\).
errorЗащищают то, что мешает
Кетон реагировал бы с алюмогидридом лития и реактивом Гриньяра, а ацеталь делает его недоступным для этих реагентов.
edit_noteПопробуйте сами
Какая группа быстрее образует ацеталь — альдегидная или кетонная?
expand_moreПоказать решение
Альдегидная: она активнее.
push_pinГлавное
Альдегид или кетон с двумя молекулами спирта (или диолом) в кислоте даёт ацеталь: полуацеталь → протонирование OH → уход воды → оксокарбениевый ион → второй спирт. Равновесие сдвигают удалением воды. Ацетали устойчивы к основаниям, гидридам, RMgX и окислителям и гидролизуются водной кислотой — поэтому циклический ацеталь (1,3-диоксолан) служит защитой C=O; альдегид защищается быстрее кетона.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.