I composti carbonilici sono composti organici che contengono il gruppo funzionale C=O. Il legame carbonile è fortemente polarizzato: l’ossigeno è più elettronegativo e porta densità elettronica, mentre il carbonio carbonilico è elettrofilo. Questa polarizzazione domina gran parte della reattività.
Le famiglie principali includono aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati degli acidi carbossilici, come cloruri acilici, anidridi, esteri, ammidi e nitrili in senso reattivo più esteso.
Addizione nucleofila
Aldeidi e chetoni reagiscono soprattutto per addizione nucleofila:
L’aldeide è in genere più reattiva del chetone perché ha minore ingombro sterico e minore stabilizzazione elettronica del carbonile. Nucleofili come idruri, organometallici, cianuro, acqua, alcoli e ammine possono attaccare il carbonio carbonilico.
La protonazione dell’ossigeno aumenta l’elettrofilia del carbonio e rende il carbonile più suscettibile ad attacco nucleofilo in ambiente acido.
Sostituzione acilica
I derivati degli acidi carbossilici reagiscono invece per sostituzione nucleofila acilica perché possiedono un gruppo uscente sul carbonile. Il meccanismo tipico passa da un intermedio tetraedrico:
La reattività relativa segue, in modo qualitativo:
Le ammidi sono poco reattive perché la coppia elettronica dell’azoto delocalizza sul carbonile, riducendo l’elettrofilia del carbonio.
Chimica in alfa
Gli idrogeni in alfa al carbonile possono essere acidi e generare enolati:
Gli enolati sono nucleofili al carbonio e permettono reazioni fondamentali: aldolica, Claisen, alchilazioni, addizioni di Michael e sintesi di composti beta-dicarbonilici. La stabilizzazione per risonanza dell’enolato spiega l’acidità aumentata degli idrogeni in alfa.
Riconoscimento e cautele
In spettroscopia IR il carbonile produce una banda intensa, spesso tra circa 1650 e 1800\ \text{cm}^{-1}, con posizione dipendente dalla classe funzionale, coniugazione, tensione d’anello e legami a idrogeno.
Un errore frequente è trattare tutti i carbonili allo stesso modo. Aldeidi e chetoni tendono ad addizione; derivati acilici tendono a sostituzione; composti con idrogeni in alfa possono reagire come nucleofili dopo formazione dell’enolato.
Vedi anche: Enolati, Acidi carbossilici, Derivati degli acidi carbossilici, Addizione aldolica.