Acetalen bevatten twee –OR-groepen, één –R-groep en een –H-atoom. In hemiacetalen wordt een van de -OR-groepen in acetalen vervangen door een -OH-groep. Dit is het belangrijkste verschil tussen acetaal en hemiacetaal.
Acetalen en hemiacetalen zijn twee functionele groepen die het meest voorkomen in natuurlijke producten. Hemiacetaal is een chemische tussenverbinding die wordt gevormd tijdens het chemische proces van acetaalvorming. Daarom hebben deze twee groepen een klein verschil in hun chemische structuur. In detail is het centrale koolstofatoom in beide verbindingen een sp3-C-atoom gebonden aan vier bindingen, en van deze vier bindingen is er maar één bindingstype anders.
Wat is Acetaal?
Acetaal is een functionele groep waarbij het centrale koolstofatoom vier bindingen heeft; -OR1, -OR2, -R3 en H (waarbij R 1, R2 en R3 groepen zijn organische fragmenten). De twee –OR-groepen kunnen aan elkaar gelijk zijn (symmetrische acetalen) of verschillend (gemengd acetaal).
Figuur 1: Acetaal
Het centrale koolstofatoom zou verzadigd zijn omdat het vier bindingen heeft en dit geeft het centrale koolstofatoom een tetraëdrische geometrie. Acetalen kunnen worden gevormd uit aldehyden. De vorming van een acetaal kan plaatsvinden wanneer de hydroxylgroep van een hemiacetaal wordt geprotoneerd om een watermolecuul te verliezen. De resulterende carbokation wordt dan snel aangevallen door een alcoholmolecuul. Tijdens de laatste stap voltooit de acetaalvorming na ontvangst van een proton uit de alcohol. Het mechanisme voor de vorming van acetalen kan als volgt worden verklaard.
Figuur 2: Vorming van Acetalen
Bovendien worden acetalen gebruikt om carbonylgroepen te beschermen bij organische synthese omdat ze stabiel zijn met veel oxidatie- en reductiemiddelen en bij hydrolyse in het basismedium.
Voorbeelden
Enkele voorbeelden van chemische verbindingen die functionele acetaalgroepen bevatten, zijn zoals hieronder.
- Dimethoxymethaan: een oplosmiddel
- Dioxolane
- Metaldehyde
- Paraldehyde
- De meeste glycosidische bindingen in koolhydraten en andere polysachariden zijn acetaalbindingen.
- Cellulose is een alomtegenwoordig voorbeeld van een polyacetaal.
- Polyoxymethyleen (POM): een formaldehydepolymeer dat als plastic wordt gebruikt.
- 1, 1-Diethoxyethaan (aceetaldehyde-diethylacetaal), is een belangrijke smaakstof in gedistilleerde dranken.
Wat is hemiacetaal?
Hemiacetalen zijn afgeleid van aldehyden en de term hemiacetal komt van het Griekse woord "hemi" betekent "half".
Figuur 3: Hemiacetaal
Hemiacetalen kunnen op verschillende manieren worden gesynthetiseerd; door de nucleofiele toevoeging van alcohol aan een aldehyde, door de nucleofiele toevoeging van alcohol aan een door resonantie gestabiliseerd hemiacetaalkation en door gedeeltelijke hydrolyse van een acetaal.
Figuur 4: Vorming van hemiacetaal
Het belangrijkste structurele kenmerk van een hemiacetaal molecuul is dat het een centraal koolstofatoom heeft met vier verschillende bindingen; -OR1 groep, -R2 groep, -H groep en een –OH groep.
Voorbeelden
De meeste hemiacetalen worden gevonden als algemene functionele groepen in natuurlijke producten. Enkele voorbeelden zijn;
- Glucose
- Mycorrhizine A
- Thromboxaan B2
Wat is het verschil tussen acetaal en hemiacetaal?
Acetaal functionele groep heeft een sp3 gehybridiseerd koolstofatoom dat is gebonden aan twee –OR-groepen, een waterstofatoom en een –R-groep. Daarentegen bevat het centrale atoom van hemiacetalen een sp3-C-atoom gebonden aan vier verschillende chemische groepen; het zijn –OR, -R, -OH en –H.
Acetalen zijn chemisch stabiel in vergelijking met hemiacetalen. Acetalen hydrolyseren echter gemakkelijk terug tot hun moederalcohol en de carbonylverbinding in aanwezigheid van waterige zuren. Over het algemeen beschouwen we hemiacetalen meestal als onstabiele chemische verbindingen, daarom hebben ze de neiging ringstructuren te vormen om de stabiliteit te verhogen. In dit geval is de vorming van 5- of 6-ledige ringen mogelijk, en dit gebeurt door de reactie tussen de –OH-groep met een carbonylgroep. Twee voorbeelden van cyclische hemiacetalen zijn glucose en aldose.
Samenvatting – Acetaal versus hemiacetaal
Acetalen bevatten twee –OR-groepen, één –R-groep en een –H-atoom. In hemiacetalen wordt een van de -OR-groepen in acetalen vervangen door een -OH-groep. Dit is het fundamentele verschil tussen acetaal en hemiacetaal.
