Gruppo carbonilico
Il gruppo carbonilico è un gruppo funzionale costituito da un doppio legame carbonio-ossigeno C=O presente in molti composti organici:
- aldeidi RCH
- chetoni RCOR’
- acidi carbossilici RCOOH
- perossiacidi RCOOOH
- esteri RCOOR’
- ammidi RCONRR’
- alogenuri acilici RCOX
- anidridi (RCO)2°
Ibridazione
Il legame carbonio-ossigeno presente nel gruppo carbonilico è di tipo covalente polare ed è uno dei legami più diffusi nell’ambito dei composti organici. Nel gruppo carbonilico il carbonio è ibridato sp2: a seguito della promozione di un elettrone dall’orbitale 2s all’orbitale 2p il carbonio presenta quattro elettroni di valenza. Tre di questi elettroni, uno dell’orbitale s e due dell’orbitale p danno luogo alla formazione di tre orbitali ibridi sp2 che si dispongono planarmente con angoli di 120°; il rimanente quarto elettrone nell’orbitale pz è perpendicolare al piano.
Anche l’atomo di ossigeno dà luogo ad ibridazione sp2, con la differenza, rispetto al carbonio, che due degli orbitali ibridi sono occupati da un doppietto elettronico.
Il gruppo carbonilico, costituito da un legame σ e da un legame π, può essere descritto come formato dalla sovrapposizione di un orbitale sp2 del carbonio e un orbitale sp2 dell’ossigeno per formare il legame σ assieme a una contemporanea sovrapposizione degli orbitali 2pz del carbonio e dell’ossigeno per formare il legame π perpendicolare al piano.
La lunghezza del legame carbonilico è di 1.23 Å e la forza del legame è di 176-179 kcal/mol, un po’ più forte rispetto a due legami C-O ( 2 x 85.5 = 171 kcal/mol).
Stante l’elevata differenza di elettronegatività tra carbonio ( elettronegatività = 2.5) e ossigeno ( elettronegatività = 3.5) il legame è polare con una parziale carica positiva localizzata sul carbonio e una parziale carica negativa localizzata sull’ossigeno; il gruppo carbonilico è stabilizzato dalle seguenti strutture di risonanza di cui una a separazione di carica:
Per la sua peculiarità quindi il gruppo carbonilico può agire sia da nucleofilo che da elettrofilo: in particolare il carbonio agisce da elettrofilo mentre l’ossigeno agisce da nucleofilo.