La cetalización, como su nombre lo indica es una reacción química donde se forman cetales. Los cetales son compuestos donde 2 grupos OR están sobre el mismo átomo de carbono; la cetalización ocurre en dos etapas, la primera forma el hemicetal y en la segunda el cetal.

Formación del hemicetal

El grupo carbonilo proveniente de una cetona que sufre catálisis básica o ácida para que el carbono carbonílico quede sustituido por un grupo OH y un grupo OR, se denomina hemicetal; si por el contrario fuese un grupo carbonílo proveniente de un aldehído, se le llama hemiacetal, pues la forma en la que sufre sustitución nucleofílica el carbono carbonílico es idéntica en los dos casos.

En la catálisis ácida, el oxígeno del grupo carbonílo se protona, quedando cargado positivamente, y el par de electrones compartidos en el enlace π se deslocalizan hacia el oxígeno, dejandolo neutro y produciendo una estructura resonante con la carga positiva sobre el carbono, que a su vez resulta en un átomo con el octeto incompleto y que puede aceptar un par de electrones de un nucleófilo (especificamente un alcohol, que es el nucleófilo requerido para una reacción de cetalización); una vez que el oxígeno se enlaza al carbono, se desprotona porque así ya no estaría cargado positivamente sino neutro, esto es más estable. El mecanismo de la catálisis ácida se expone a continuación:

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En la catálisis básica el alcohol reacciona con una base que lo desprotona, quedando cargado negativamente, lo que lo hace un nucleófilo más fuerte para sustituir al carbono carbonílico. A continuación se presenta el mecanismo:

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Esta segunda etapa es catalizada únicamente por ácido. El grupo OH del hemicetal se protona y por consiguiente se libera una molécula de agua (grupo saliente) formando un carbocatión que posteriormente es sustituido por el alcohol (nucleófilo), que luego sufre la pérdida de su protón, y origina al cetal:

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En general, los cetales cíclicos, aquellos que provienen de la reacción de un grupo carbonílo con un diol, son más estables que los de cadena abierta y se los usa como grupo protectores de aldehídos y cetonas, en síntesis orgánica.

Un grupo protector es un derivado de un determinado grupo funcional el cual se se utiliza para evitar que se altere tal grupo funcional durante una reacción que ocurre en otra parte de la molécula. El grupo funcional puede ser regenerado por descomposición del derivado una vez concluida la transformación que podría afectarlo. Por ejemplo:

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Como pudimos apreciar en cada mecanismo, es posible dejar intacto al grupo carbonílo, formando cetales; este conocimiento previo es una base para posteriormente comprender las reacciones que ocurren en los carbohidratos, los cuales emplea nuestro cuerpo como fuente de energía; y para síntesis de polímeros.

Referencias Bibliográficas

Química Orgánica, Marcano y Cortez, tercera edición, Universidad Central de Venezuela. Ed. Biblioteca-EBUC, Facultad de Ciencias, facultad de Farmacia, 2010.
Química Orgánica, Fox y Whitesell, segunda edición, 2000.