醛和酮:羰基加成

缩醛

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缩醛(acetal)是一个碳带着两个 -OR 基团(两个类似醚的氧)而没有 -OH。它是半缩醛再往前走一步的产物:第二分子醇取代了那个羟基,于是碳被两个醚包夹。缩醛稳定、不活泼、便于操作——这正是化学家钟爱它的原因。

生成需要酸催化,并经过若干可逆步骤。先是醇加到羰基上生成半缩醛;然后酸把 OH 质子化、水离去(形成一个共振稳定的阳离子,叫氧鎓离子),第二分子醇再加到这个阳离子上;最后去质子化给出缩醛 R-CH(OR')2。由于每一步都可逆、且水是产物,你通过除去水(例如用 Dean-Stark 分水器)来推动平衡前进;要往回走,只需加入过量的水和酸,缩醛就干净地水解回羰基。

这种可逆性正是要害所在:缩醛是一种保护基。如果你的分子里既有醛、又有比如想还原的酯,你可以把醛藏成缩醛(常用乙二醇之类的二醇做成环状缩醛),到别处去做你的化学,然后用稀酸水溶液脱去缩醛、重新露出羰基。缩醛对碱、亲核试剂和氢负离子试剂都稳定,却对酸性水溶液敏感——这使它成为近乎理想的开关。

用乙二醇(HOCH2CH2OH)和酸处理醛 RCHO,得到一个五元环状缩醛(1,3-二氧戊环);日后用酸性水溶液把它直接水解回 RCHO。

缩醛:一个碳上两个 OR;羰基首选的可逆保护基。

缩醛的生成是可逆且释放水的,所以决定结果的是催化剂(酸)和勒夏特列原理(除水使其生成、加水使其断裂),而非蛮力。酸是催化剂,它本身并不移动平衡位置。

又称
ketal缩酮acetal protecting group