---
title: "Carbonylverbindingen: nucleofiele addities, acetalen en bescherming"
book: "Universitaire scheikunde — jaar 1"
subject: chemistry
language: nl
chapter: 23
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/23-carbonylverbindingen-nucleofiele-addities-acetalen-en-bescherming
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
---

# Hoofdstuk 23 — Carbonylverbindingen: nucleofiele addities, acetalen en bescherming

Los glucose op in water en bijna niets ervan blijft over als het openketenaldehyde dat in leerboeken getekend wordt: het molecuul buigt om, zijn eigen hydroxylgroep addeert aan zijn aldehydegroep, en er sluit zich een zesring. Dezelfde additie van een alcohol aan een carbonylgroep, nog eens herhaald met een zure [katalysator](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/9-reactiemechanismen-elementaire-stappen-en-benaderingen#def-b1-elementary-steps-catalyst), geeft [acetalen](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal), verbindingen die bestand zijn tegen basen en tegen de reactiefste [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile). Die stabiliteit is een werktuig: een aldehyde dat door een [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) vernietigd zou worden, kan als [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) verborgen worden, door de reactie meegevoerd, en op het eind teruggewonnen. Dit hoofdstuk bestudeert de carbonylgroep als [elektrofiel](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile), de addities van water en alcoholen, en de strategie van de [bescherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group).

**Wat je al weet.**

Grignardaddities aan carbonylverbindingen ([Hoofdstuk 21](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#ch-b1-organomagnesium)); het [reactiequotiënt](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#def-b1-extent-q-and-k-quotient) $Q$ en de evolutie van een systeem zolang $Q \neq K$ ([Hoofdstuk 7](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#ch-b1-extent-q-and-k)); [gebogen pijlen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-curly-arrow), [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) en [elektrofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) ([Hoofdstuk 18](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#ch-b1-electronic-effects)). Het schoolboek (jaar 12) introduceerde het idee een groep tijdens een synthese te beschermen.

## 23.1 De carbonylgroep als elektrofiel

De C=O-binding is naar de zuurstof toe gepolariseerd ([Hoofdstuk 2](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/2-periodiciteit#ch-b1-periodicity)), en een [resonantiestructuur](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/3-lewisstructuren-resonantie-en-vsepr#def-b1-lewis-resonance-vsepr-resonance) $\ce{C+-O-}$ zet een volledige positieve lading op het koolstofatoom: het koolstofatoom is [elektrofiel](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) en wordt door [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) loodrecht op het vlak van de groep aangevallen. Sterke [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) ([grignardreagentia](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic), hydride, cyanide) adderen rechtstreeks. Zwakke [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) — water, alcoholen — hebben hulp nodig.

**Definitie 23.1 (Elektrofiele activering).**

De *elektrofiele activering* van een carbonylgroep is haar protonering (of haar coördinatie aan een [lewiszuur](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/3-lewisstructuren-resonantie-en-vsepr#def-b1-lewis-resonance-vsepr-lewis-acid)) op de zuurstof. Het kation $\ce{C=OH+}$, waarvan de positieve lading via de [resonantiestructuur](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/3-lewisstructuren-resonantie-en-vsepr#def-b1-lewis-resonance-vsepr-resonance) $\ce{C+-OH}$ met het koolstofatoom gedeeld wordt, wordt zelfs door zwakke [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) aangevallen.

![Activering van een aldehyde door zuur: protonering van de zuurstof levert een kation op waarvan een resonantiestructuur de lading op het koolstofatoom draagt.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-acetals-protection/fig-c4423a3b6b10.svg)

*Activering van een aldehyde door zuur: protonering van de zuurstof levert een kation op waarvan een [resonantiestructuur](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/3-lewisstructuren-resonantie-en-vsepr#def-b1-lewis-resonance-vsepr-resonance) de lading op het koolstofatoom draagt.*

## 23.2 Hydraten en hemiacetalen

Water addeert omkeerbaar aan aldehyden en ketonen, $\ce{R2C=O + H2O <=>
R2C(OH)2}$; het hydraat is bij ketonen meestal in de minderheid en kan bij methanal overheersen. Een alcohol addeert op dezelfde manier.

**Definitie 23.2 (Hemiacetaal en acetaal).**

Een *hemiacetaal* is een verbinding waarin één koolstofatoom zowel een OH- als een OR-groep draagt, gevormd door de additie van een alcohol aan een carbonylgroep. Een *acetaal* is een verbinding waarin één koolstofatoom twee OR-groepen draagt, gevormd uit een hemiacetaal en een tweede alcoholmolecuul, met verlies van water.

Openketenhemiacetalen zijn in hun evenwicht met het aldehyde en de alcohol meestal in de minderheid; wanneer de OH en de C=O tot hetzelfde molecuul behoren en een vijf- of zesring kan sluiten, overheerst het cyclische [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal). Dat is het geval bij glucose, en bij het eenvoudigere 5-hydroxypentanal.

![5-Hydroxypentanal en zijn cyclische hemiacetaal, een zesring die het zuurstofatoom bevat. De OH van koolstofatoom 5 heeft geaddeerd aan het aldehyde van koolstofatoom 1; de ringvorm overheerst, zoals bij glucose.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-acetals-protection/fig-52af601b23ca.svg)

*5-Hydroxypentanal en zijn cyclische [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal), een zesring die het zuurstofatoom bevat. De OH van koolstofatoom 5 heeft geaddeerd aan het aldehyde van koolstofatoom 1; de ringvorm overheerst, zoals bij glucose.*

## 23.3 Acetalen

**Propositie 23.3 (Mechanisme van de acetaalvorming).**

In zuur milieu geven een aldehyde of keton en een alcohol het [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) en daarna het [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal), via de stappen: protonering van C=O; additie van de alcohol; verlies van een proton ([hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal)); protonering van de OH; verlies van water, wat een [carbokation](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-intermediates) geeft dat door de overblijvende OR-groep gestabiliseerd wordt (een oxocarbeniumion); additie van een tweede alcohol; verlies van een proton. Elke stap is omkeerbaar.

**Bewijs.** Elke stap is een zuur-baseoverdracht van een proton of de additie (of het verlies) van een [nucleofiel](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) aan (of van) een [elektrofiel](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) koolstofatoom, zoals beschreven in [Hoofdstuk 18](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#ch-b1-electronic-effects). Het verlies van water is mogelijk omdat het gevormde kation, $\mathrm{R_2C^+{-}OR}$, een [resonantiestructuur](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/3-lewisstructuren-resonantie-en-vsepr#def-b1-lewis-resonance-vsepr-resonance) $\mathrm{R_2C{=}O^+R}$ heeft waarin elk atoom een octet heeft ([Propositie 18.8](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#prop-b1-electronic-effects-carbocation-order)). Zuur wordt verbruikt bij de protoneringen en teruggevormd bij de deprotoneringen: het is een [katalysator](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/9-reactiemechanismen-elementaire-stappen-en-benaderingen#def-b1-elementary-steps-catalyst). ∎

![Acetaalvorming, in twee regels: eerst het hemiacetaal (activering, additie van de alcohol, verlies van een proton), daarna het acetaal (protonering van de OH, verlies van water tot het gestabiliseerde kation, additie van een tweede alcohol, verlies van een proton).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-acetals-protection/fig-74708075ea62.svg)

![Acetaalvorming, in twee regels: eerst het hemiacetaal (activering, additie van de alcohol, verlies van een proton), daarna het acetaal (protonering van de OH, verlies van water tot het gestabiliseerde kation, additie van een tweede alcohol, verlies van een proton).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-acetals-protection/fig-9d92772774d7.svg)

*Acetaalvorming, in twee regels: eerst het [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) (activering, additie van de alcohol, verlies van een proton), daarna het [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) (protonering van de OH, verlies van water tot het gestabiliseerde kation, additie van een tweede alcohol, verlies van een proton).*

De totale reactie, $\mathrm{RCHO} + 2\,\mathrm{R'OH} \rightleftharpoons \mathrm{RCH(OR')_2} + \ce{H2O}$, heeft een bescheiden evenwichtsconstante, en water is een product.

**Propositie 23.4 (De acetalisering voortdrijven).**

Als het gevormde water continu verwijderd wordt, gaat de acetalisering door tot de carbonylverbinding (of de alcohol) opgebruikt is.

**Bewijs.** Het [reactiequotiënt](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#def-b1-extent-q-and-k-quotient) $Q = [\text{acetaal}][\ce{H2O}]/([\text{aldehyde}]
[\mathrm{R'OH}]^2)$ blijft onder $K$ zolang water verwijderd wordt: volgens [Hoofdstuk 7](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#ch-b1-extent-q-and-k) blijft de reactie naar rechts verlopen, wat de waarde van $K$ ook is. Met een diol (ethaan-1,2-diol) is het [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) cyclisch, en is het evenwicht bovendien gunstiger, omdat één molecuul diol er twee van de alcohol vervangt. ∎

![Een Dean–Stark-opvanger. De dampen van tolueen en water condenseren en vallen in de gegradueerde opvanger; water, dichter dan tolueen en er niet mee mengbaar, zakt naar beneden en blijft daar, terwijl tolueen terugvloeit naar de kolf. Het opgevangen volume water meet hoe ver de reactie gevorderd is.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-2/b1-acetals-protection/fig-c3825e7d0658.svg)

*Een Dean–Stark-opvanger. De dampen van tolueen en water condenseren en vallen in de gegradueerde opvanger; water, dichter dan tolueen en er niet mee [mengbaar](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/4-intermoleculaire-krachten-en-oplosmiddelen#def-b1-intermolecular-forces-solvents-miscibility), zakt naar beneden en blijft daar, terwijl tolueen terugvloeit naar de kolf. Het opgevangen volume water meet hoe ver de reactie gevorderd is.*

**Propositie 23.5 (Stabiliteit van acetalen).**

[Acetalen](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) zijn stabiel in neutraal en basisch milieu en tegenover [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile), [grignardreagentia](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) en hydridereagentia; waterig zuur hydrolyseert ze terug tot de carbonylverbinding en de alcohol.

**Bewijs.** Een acetaalkoolstofatoom draagt geen [vertrekkende groep](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) die een base of een [nucleofiel](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) zou kunnen verdrijven: $\ce{RO-}$, een [sterke base](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/10-zuur-base-evenwichten-en-de-methode-van-de-predominante-reactie#def-b1-predominant-reaction-strong-acid), vertrekt niet, en er is geen C=O meer om aan te vallen. In waterig zuur loopt het mechanisme hierboven achterwaarts: de grote overmaat water maakt $Q < K$ voor de omgekeerde reactie. ∎

## 23.4 Beschermen en ontschermen

**Definitie 23.6 (Beschermende groep).**

Een *beschermende groep* is een groep die in een molecuul ingevoerd wordt om een functie tijdelijk te maskeren, zodat ze niet reageert in een stap die op een ander deel van het molecuul gericht is. Het invoeren ervan is de *bescherming*, het verwijderen de *ontscherming*.

**Methode 23.7 (Beschermen, laten reageren, ontschermen).**

1. Zoek de functie die in de geplande stap zou reageren, of het reagens zou vernietigen.
2. Kies een [beschermende groep](#def-b1-acetals-protection-protecting-group) die in die stap stabiel is en verwijderd kan worden onder omstandigheden die de rest van het molecuul verdraagt (voor een aldehyde of keton tegenover basen, [nucleofielen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-nucleophile) of hydriden: een cyclisch [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) ).
3. Bescherm; voer de geplande stap uit; ontscherm.
4. Reken de kosten: twee stappen meer, elk met zijn [rendement](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#def-b1-extent-q-and-k-fractional-extent) .

**Voorbeeld 23.8 (Een keton dat in de weg zit).**

Om een [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) te laten adderen aan de aldehydegroep van een molecuul dat ook een keton draagt, bestaat er geen eenvoudige acetaalkeuze (aldehyden vormen gemakkelijker [acetalen](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) dan ketonen, zodat de verkeerde groep beschermd zou worden); de volgorde van de stappen of de reagentia moeten veranderen. [Bescherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group) is een strategie, geen reflex.

## 23.5 Oefeningen

**Oefening 23.1 ★.**

Herken de koolstofatomen van een [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal), [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal), hydraat, ether of alcohol in: $\ce{CH3CH(OH)OCH3}$, $\ce{CH3CH(OCH3)2}$, $\ce{CH3CH(OH)2}$, $\ce{CH3OCH3}$, $\ce{(CH3)2C(OCH2CH3)2}$.

**Oplossing van Oefening 23.1.**

$\ce{CH3CH(OH)OCH3}$: [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal). $\ce{CH3CH(OCH3)2}$: [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal). $\ce{CH3CH(OH)2}$: hydraat. $\ce{CH3OCH3}$: ether. $\ce{(CH3)2C(OCH2CH3)2}$: [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) (van een keton).

**Oefening 23.2 ★.**

Schrijf de totale vergelijking op van de vorming van het [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) van propanal met methanol, en van het cyclische [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) van propanon met ethaan-1,2-diol.

**Oplossing van Oefening 23.2.**

$\ce{CH3CH2CHO + 2CH3OH <=> CH3CH2CH(OCH3)2 + H2O}$; propanon geeft met ethaan-1,2-diol 2,2-dimethyl-1,3-dioxolaan en water, $\ce{(CH3)2CO + HOCH2CH2OH <=> C5H10O2 + H2O}$.

**Oefening 23.3 ★.**

Welke van deze reagentia laten een [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) onveranderd: natronloog, methylmagnesiumbromide, verdund zwavelzuur in water, natriumboorhydride?

**Oplossing van Oefening 23.3.**

Natriumhydroxide, methylmagnesiumbromide en natriumboorhydride laten het onveranderd; verdund waterig zwavelzuur hydrolyseert het.

**Oefening 23.4 ★.**

Teken het cyclische [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) dat 4-hydroxybutanal vormt. Hoe groot is de ring?

**Oplossing van Oefening 23.4.**

De OH op koolstofatoom 4 addeert aan het aldehydekoolstofatoom 1: een vijfring van vier koolstofatomen en één zuurstofatoom, met een OH op het koolstofatoom naast het ringzuurstofatoom.

**Oefening 23.5 ★★.**

Schrijf het volledige mechanisme op van de zuurgekatalyseerde vorming van het dimethylacetaal van ethanal, met [gebogen pijlen](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/18-elektronische-effecten-en-reactieve-intermediairen#def-b1-electronic-effects-curly-arrow), en toon aan dat het zuur teruggevormd wordt.

**Oplossing van Oefening 23.5.**

Protonering van C=O; methanol addeert aan het koolstofatoom; verlies van $\ce{H+}$: [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal); protonering van zijn OH; verlies van water tot $\ce{CH3CH=O+CH3}$; een tweede methanol addeert; verlies van $\ce{H+}$: $\ce{CH3CH(OCH3)2}$. De twee opgenomen protonen worden teruggegeven: het zuur is een [katalysator](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/9-reactiemechanismen-elementaire-stappen-en-benaderingen#def-b1-elementary-steps-catalyst).

**Oefening 23.6 ★★.**

Schrijf het mechanisme op van de zure hydrolyse van 2,2-dimethoxypropaan. Waarom gebruikt men een grote hoeveelheid water?

**Oplossing van Oefening 23.6.**

Protonering van één OCH3; verlies van methanol tot $\ce{(CH3)2C=O+CH3}$; water addeert; verlies van $\ce{H+}$: [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal); protonering, verlies van methanol, verlies van $\ce{H+}$: propanon. Overmaat water houdt $Q$ onder $K$ voor de hydrolyse, die volledig verloopt.

**Oefening 23.7 ★★.**

Een acetalisering van $0.250\,\mathrm{mol}$ van een keton wordt gevolgd met een Dean–Stark-opvanger. Welk volume water zou bij volledige omzetting opgevangen moeten worden (dichtheid ongeveer $1.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mL}$)? Na een uur is er $3.2\,\mathrm{mL}$ opgevangen: wat is de omzetting?

**Oplossing van Oefening 23.7.**

Eén water per [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal): $0.250 \times 18.0 = 4.5\,\mathrm{g}$, ongeveer $4.5\,\mathrm{mL}$. Na een uur: $3.2/18.0 = 0.178\,\mathrm{mol}$, een omzetting van $71\,\%$.

**Oefening 23.8 ★★.**

Verklaar waarom een cyclisch [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) met ethaan-1,2-diol zich vollediger vormt dan het [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) met twee moleculen methanol, voor dezelfde carbonylverbinding.

**Oplossing van Oefening 23.8.**

Met het diol vervangt één molecuul er twee: de reactie verlaagt het aantal moleculen niet (één aldehyde en één diol geven één [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) en één water), en de tweede OH wordt dicht bij het reagerende koolstofatoom gehouden, wat de ring gemakkelijk sluit. Beide maken het cyclische [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) gunstiger.

**Oefening 23.9 ★★.**

Waarom moet de zure [katalysator](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/9-reactiemechanismen-elementaire-stappen-en-benaderingen#def-b1-elementary-steps-catalyst) verwijderd (of geneutraliseerd) worden voordat een beschermde verbinding met een [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) behandeld wordt?

**Oplossing van Oefening 23.9.**

Het zuur zou het [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) vernietigen (protonoverdracht); ook sporen water en diol moeten verwijderd worden.

**Oefening 23.10 ★★★.**

Stel een synthese voor van 5-hydroxy-5-methylhexaan-2-on, $\ce{(CH3)2C(OH)CH2CH2COCH3}$, uit 4-chloorbutaan-2-on en propanon, met een [bescherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group). Geef elke stap, zijn reagentia en de rol van elk ervan.

**Oplossing van Oefening 23.10.**

1. Bescherm het keton van 4-chloorbutaan-2-on als cyclisch [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) (ethaan-1,2-diol, zure [katalysator](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/9-reactiemechanismen-elementaire-stappen-en-benaderingen#def-b1-elementary-steps-catalyst), Dean–Stark). 2. Magnesium in droge ether: het [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) van het beschermde chloride, dat niet langer door zijn eigen carbonylgroep vernietigd wordt. 3. Voeg propanon toe; opwerking met een waterige oplossing van ammoniumchloride: de tertiaire alcohol. 4. Verdund waterig zuur: [ontscherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group) tot 5-hydroxy-5-methylhexaan-2-on.

**Oefening 23.11 ★★★.**

Toon met het [reactiequotiënt](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#def-b1-extent-q-and-k-quotient) aan dat een grote overmaat methanol de acetalisering van een aldehyde ook voortdrijft, en vergelijk deze methode met het verwijderen van water.

**Oplossing van Oefening 23.11.**

$Q = [\text{acetaal}][\ce{H2O}]/([\text{aldehyde}][\ce{CH3OH}]^2)$: een grote overmaat methanol, gekwadrateerd in de noemer, houdt $Q < K$ tot er weinig aldehyde overblijft. Water verwijderen werkt op de teller; methanol als oplosmiddel gebruiken is eenvoudiger, maar vraagt een product dat gemakkelijk af te scheiden is.

**Oefening 23.12 ★★★.**

Verklaar waarom het cyclische [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) van glucose in zure methanol aangevallen wordt en een methylacetaal (een methylglycoside) geeft, terwijl de andere OH-groepen van glucose niet in ethers omgezet worden.

**Oplossing van Oefening 23.12.**

Alleen de OH van het [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) kan als water vertrekken en een kation geven dat door het naburige ringzuurstofatoom gestabiliseerd wordt ($\ce{C=O+}$); de andere OH-groepen zouden van gewone koolstofatomen moeten vertrekken, wat niet-gestabiliseerde kationen geeft. Methanol addeert aan het gestabiliseerde kation: een methylacetaal.

## 23.6 Probleem: een grignardreagens dat een aldehyde draagt

**Probleem 23.1.**

Weekendprobleem — waarom 4-broombutanal geen grignardreagens kan geven, zijn bescherming als cyclisch acetaal met een Dean–Stark-opvanger, de grignardadditie aan propanon, de ontscherming, en het opgevangen volume water

Een chemica heeft 5-hydroxy-5-methylhexanal nodig, $\ce{(CH3)2C(OH)CH2CH2CH2CHO}$, en wil het maken uit 4-broombutanal, $\ce{BrCH2CH2CH2CHO}$, en propanon. Ze vertrekt van $15.09\,\mathrm{g}$ 4-broombutanal. Molaire massa’s ($\mathrm{g}/\mathrm{mol}$): $\ce{C4H7BrO}$ 150.9, $\ce{C2H6O2}$ 62.0, $\ce{C6H11BrO2}$ 194.9, $\ce{C3H6O}$ 58.0, $\ce{C9H18O3}$ 174.0, $\ce{C7H14O2}$ 130.0, $\ce{H2O}$ 18.0; dichtheid van water $0.997\,\mathrm{g}/\mathrm{mL}$.

**Deel I — Het probleem.**

1. Schrijf het [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) op dat 4-broombutanal zou geven.
2. Waarom kan dat reagens niet bestaan? Schrijf de reactie op die het vernietigt.
3. Welke functie moet beschermd worden, en waartegen?
4. Waarom is een [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) geschikt?
5. Waarom verkiest men een cyclisch [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) (met ethaan-1,2-diol)?
6. Bereken de hoeveelheid stof 4-broombutanal.
7. Bereken de massa diol voor een overmaat van $20\,\%$ .

**Deel II — [Bescherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group).**

8. Schrijf de vergelijking op van de acetalisering met ethaan-1,2-diol.
9. Wat is de rol van de zure [katalysator](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/9-reactiemechanismen-elementaire-stappen-en-benaderingen#def-b1-elementary-steps-catalyst) (4-methylbenzeensulfonzuur)?
10. Beschrijf de werking van de Dean–Stark-opvanger.
11. Verklaar met $Q$ en $K$ waarom het verwijderen van water de reactie voortdrijft.
12. Waarom wordt het tolueen, en niet het water, naar de kolf teruggevoerd?
13. Hoe weet de chemica dat de reactie volledig is?
14. Bereken de massa beschermd bromide die bij volledige omzetting verwacht wordt.

**Deel III — De grignardstap.**

15. Schrijf de vorming op van het [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) uit het beschermde bromide.
16. Schrijf zijn additie aan propanon op en het gevormde [alkoxide](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/22-alcoholen-de-oh-groep-activeren#def-b1-alcohol-activation-alkoxide) .
17. Waarom moet de opwerking van deze stap licht basisch of neutraal zijn (bijvoorbeeld een waterige oplossing van ammoniumchloride) in plaats van zuur?
18. Bereken de massa beschermde alcohol bij een [rendement](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#def-b1-extent-q-and-k-fractional-extent) van $70\,\%$ voor deze stap.

**Deel IV — [Ontscherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group).**

19. Schrijf de [ontscherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group) in waterig zuur op.
20. Waarom overleeft de tertiaire alcohol mild waterig zuur?
21. Het product kan een zesring sluiten door zijn OH aan het aldehyde te adderen. Teken dat cyclische [hemiacetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) .
22. Bereken de massa hydroxyaldehyde bij een [rendement](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/7-een-chemisch-systeem-beschrijven-voortgang-activiteiten-q-en-k#def-b1-extent-q-and-k-fractional-extent) van $90\,\%$ voor de [ontscherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group) .
23. Welk totaalrendement vanaf 4-broombutanal bereikt de chemica?
24. Bereken de massa water die bij de beschermingsstap bij volledige omzetting gevormd wordt.
25. Geef het volume water dat bij volledige omzetting in de Dean–Stark-opvanger opgevangen wordt.

**Oplossing van Probleem 23.1.**

**1.** $\ce{BrMgCH2CH2CH2CHO}$. **2.** Zijn carbanionachtige koolstofatoom zou het aldehyde van een ander molecuul (of van zichzelf) aanvallen: $\ce{RMgBr}$ addeert aan $\mathrm{R'CHO}$, wat een [alkoxide](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/22-alcoholen-de-oh-groep-activeren#def-b1-alcohol-activation-alkoxide) geeft. **3.** Het aldehyde, tegen het [grignardreagens](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic). **4.** [Acetalen](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) zijn stabiel tegenover [grignardreagentia](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/21-organomagnesiumreagentia#def-b1-organomagnesium-organometallic) en basen en worden door waterig zuur verwijderd. **5.** Het vormt zich vollediger (één diol voor twee alcoholmoleculen) en is gemakkelijk te hydrolyseren. **6.** $15.09/150.9 = 0.1000\,\mathrm{mol}$. **7.** $1.20 \times 0.1000 \times 62.0 = 7.44\,\mathrm{g}$. **8.** $\ce{BrCH2CH2CH2CHO + HOCH2CH2OH <=> C6H11BrO2 + H2O}$ (2-(3-broompropyl)-1,3-dioxolaan). **9.** Ze activeert de carbonylgroep en maakt het verlies van water in het tweede stadium mogelijk; ze wordt teruggevormd. **10.** Tolueen en water destilleren samen over, condenseren en vallen in de opvanger; water zakt naar beneden en blijft, tolueen vloeit terug. **11.** $Q$ bevat $[\ce{H2O}]$ in zijn teller; water verwijderen houdt $Q < K$, en de reactie gaat door. **12.** Water is dichter en mengt niet met tolueen: het verzamelt zich onderaan; alleen de bovenste laag bereikt de terugvoerarm. **13.** Wanneer er geen water meer bijkomt, bij het verwachte volume. **14.** $0.1000 \times 194.9 = 19.5\,\mathrm{g}$. **15.** $\ce{C6H11BrO2 + Mg -> C6H11BrMgO2}$ (droge ether). **16.** Het reagens addeert aan $\ce{(CH3)2CO}$: het [alkoxide](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/22-alcoholen-de-oh-groep-activeren#def-b1-alcohol-activation-alkoxide) $\ce{(CH3)2C(O^-)CH2CH2CH2-}$ op de beschermde keten, met $\ce{MgBr+}$. **17.** Zuur zou de [beschermende groep](#def-b1-acetals-protection-protecting-group) te vroeg verwijderen en zou de tertiaire alcohol kunnen dehydrateren. **18.** $0.0700 \times 174.0 = 12.2\,\mathrm{g}$. **19.** Het [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) + $\ce{H2O}$ $\to$ het aldehyde + ethaan-1,2-diol (zure [katalysator](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/9-reactiemechanismen-elementaire-stappen-en-benaderingen#def-b1-elementary-steps-catalyst)). **20.** Haar verlies van water vraagt [sterk zuur](https://one-course.com/books/chemistry/2/nl/chapter/10-zuur-base-evenwichten-en-de-methode-van-de-predominante-reactie#def-b1-predominant-reaction-strong-acid) en warmte; mild, koud waterig zuur hydrolyseert het [acetaal](#def-b1-acetals-protection-hemiacetal) veel sneller. **21.** De OH van koolstofatoom 5 addeert aan het aldehydekoolstofatoom 1: een zesring (vijf koolstofatomen en één zuurstofatoom) met twee methylgroepen op het koolstofatoom naast het ringzuurstofatoom en een OH op het andere koolstofatoom ernaast. **22.** $0.0700 \times 0.90 = 0.0630\,\mathrm{mol}$, $8.19\,\mathrm{g}$. **23.** $0.0630/0.1000 = 63\,\%$ ([bescherming](#def-b1-acetals-protection-protecting-group) als volledig beschouwd). **24.** $0.1000 \times 18.0 = 1.80\,\mathrm{g}$. **25.** $1.80/0.997 =$ **$1.8\,\mathrm{mL}$ water** in de opvanger.