醛和酮:羰基加成
縮醛
/ ASS-uh-tal /
縮醛(acetal)是一個碳帶著兩個 -OR 基團(兩個類似醚的氧)而沒有 -OH。它是半縮醛再往前走一步的產物:第二分子醇取代了那個羥基,於是碳被兩個醚包夾。縮醛穩定、不活潑、便於操作——這正是化學家鍾愛它的原因。
生成需要酸催化,並經過若干可逆步驟。先是醇加到羰基上生成半縮醛;然後酸把 OH 質子化、水離去(形成一個共振穩定的陽離子,叫氧鎓離子),第二分子醇再加到這個陽離子上;最後去質子化給出縮醛 R-CH(OR')2。由於每一步都可逆、且水是產物,你通過除去水(例如用 Dean-Stark 分水器)來推動平衡前進;要往回走,只需加入過量的水和酸,縮醛就乾淨地水解回羰基。
這種可逆性正是要害所在:縮醛是一種保護基。如果你的分子裡既有醛、又有比如想還原的酯,你可以把醛藏成縮醛(常用乙二醇之類的二醇做成環狀縮醛),到別處去做你的化學,然後用稀酸水溶液脫去縮醛、重新露出羰基。縮醛對鹼、親核試劑和氫負離子試劑都穩定,卻對酸性水溶液敏感——這使它成為近乎理想的開關。
用乙二醇(HOCH2CH2OH)和酸處理醛 RCHO,得到一個五元環狀縮醛(1,3-二氧戊環);日後用酸性水溶液把它直接水解回 RCHO。
縮醛:一個碳上兩個 OR;羰基首選的可逆保護基。
縮醛的生成是可逆且釋放水的,所以決定結果的是催化劑(酸)和勒夏特列原理(除水使其生成、加水使其斷裂),而非蠻力。酸是催化劑,它本身並不移動平衡位置。
又稱
另見