ketalvorming

Ketalvorming is een chemische reactie waarbij een koolstofylverbinding, meestal een carbonylverbinding zoals een aldehyde of een keton, reageert met een alcohol. Bij aanwezigheid van een diol kan dit leiden tot de vorming van een cyclische ketal. Het proces dient vaak onder zuur te verlopen en wordt gebruikt om carbonylgroepen tijdelijk te beschermen tijdens syntheses.

Het mechanisme verloopt via meerdere stappen. Eerst wordt de carbonylgroep geprotoneerd en aangevallen door de alcohol, waardoor een hemi-ketal of hemi-ketal ontstaat. Door protonoverdracht vindt vervolgens verwijdering van water plaats en vormt zich een oxonium‑intermediair. De tweede alcoholgroep (of een tweede alkoxygroep van een diol) valt aan, waarna de verbinding ontkoppelt en een ketal wordt gevormd. Bij diolen ontstaan vaak cyclische ketals, zoals 1,3-dioxolanen of 1,3-dioxaanringen, afhankelijk van de structuur van de diol.

Voorwaarden en richting van het evenwicht: ketalvorming is meestal reversibel en wordt bevorderd door zuur en het verwijderen van water. De waterafvoer kan plaatsvinden via azeotropische distillatie, Dean–Stark‑extractie of gebruik van hydratiedies zoals molecular sieves. Typische zure katalysatoren zijn p‑tolueensulfonaat (pTsOH) of zwavelzuur. De reactie gedraagt zich meestal goed bij kamertemperatuur tot matig verwarmd, afhankelijk van de reactiviteit van de koolstofwaarde en de diol.

Toepassingen: ketalvorming wordt veel toegepast voor de beschermingsstrategie van carbonylgroepen in organische synthese. Ketals zijn stabiel onder neutrale en basische condities maar hydrolyseren weer in aanwezigheid van waterige zuren, waardoor de carbonyl terugkeert. Voorbeeld: behandeling van een keton met etheengehalsdiol (ethylene glycol) levert een cyclic ketal, wat later kan worden teruggeslagen wanneer nodig.