Carbonile

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Nome Struttura Formula
Aldeidi Adeidi RCHO
Chetoni Chetoni RCOR'
Acidi carbossilici Acidi Carbossilici RCOOH
Esteri Esteri RCOOR'
Ammidi Ammidi RCONH2
Alogenuri acilici Alogenuri acilici RCOX
Enoni Enoni RCOC(R')=CR"R"'
Anidridi Anidridi RCOOOCR'

In chimica organica un carbonile o gruppo carbonilico è un gruppo funzionale costituito da un atomo di carbonio ed uno di ossigeno legati da un doppio legame: C=O.[1]

Il C e O sono ibridati sp2. Il C è legato ai due gruppi e all'ossigeno da tre legami σ disposti su un piano a circa 120° l'uno dall'altro. Il carbonio e l'ossigeno sono inoltre legati da un legame π (sovrapposizione orbitale p di C ed orbitale p di O).[2]

L’ossigeno ha anche due coppie di elettroni non condivise che occupano i due orbitali sp2 rimanenti.

È un gruppo polare data l'alta differenza di elettronegatività: si forma ovvero una nube carica negativamente presso l'ossigeno ed una carica positivamente nella zona del carbonio. Il carbonio è quindi suscettibile ad attacchi nucleofili, tramite i quali il legame π viene rotto, che avvengono seguendo l'angolo di Bürgi-Dunitz.

Il gruppo carbonilico è presente in molte classi di composti organici come evidenziato dalla tabella a destra. È un legame fondamentale in chimica data la sua alta reattività: può essere utilizzato come punto di attacco per allungare o spezzare catene di atomi. L'applicazione più notevole si trova nelle proteine, lunghe catene dotate regolarmente di legami peptidici nei quali è contenuto il carbonile: molti enzimi agiscono proprio sul legame carbonile per spezzarlo e dividere le proteine in segmenti.

Reattività dei composti carbonilici con nucleofili[modifica | modifica sorgente]

L’effetto del sostituente del composto carbonilico è determinante per la loro reattività. Un sostituente elettron attrattore (che ha una elettronegatività maggiore del carbonio), tenderà ad attrarre la nuvola elettronica del carbonio, aumentando la sua parziale carica positiva. In pratica questo sostituente avrà un effetto -I e renderà il carbonio più scoperto all’attacco di nucleofili. I più reattivi sono quindi i cloruri acilici, e a seguire le anidridi. Questi reagiscono senza bisogno di catalisi.

Nel caso delle aldeidi e dei chetoni dove i sostituenti hanno la stessa elettronegatività del carbonio carbonilico, l’effetto sarà diverso. L’ossigeno carbonilico attira la nuvola elettronica di legame col carbonio (essendo più elettronegativo del carbonio). Questo carbonio, però, ha dei sostituenti (gli altri carboni), che in qualche modo riescono a rifornire il carbonio carbonilico di una nuvola elettronica che gli permette di non essere così parzialmente positivo come il carbonio dei cloruri acilici. Anche se comunque un po’ parzialmente positivo lo rimane. Quindi aldeidi e chetoni reagiscono abbastanza agevolmente con nucleofili forti, mentre con nucleofili deboli hanno bisogno di un catalizzatore acido.

Se come sostituente è presente un atomo in grado di sostenere delle strutture di risonanza (è il caso di esteri e ammidi), questa struttura di risonanza stabilizza il carbonio carbonilico, che diventa quindi meno elettrofilo. Esteri e ammidi per reagire con sostituzione nucleofila acilica, infatti, devono essere aiutati da un catalizzatore acido.

Infine gli acidi carbossilici reagiscono solo con un catalizzatore acido, perché con catalizzatore basico si forma il sale (il quale non può reagire con nucleofili sul carbonio carbossilico).

Proprietà fisiche e solubilità in acqua dei composti carbonilici[modifica | modifica sorgente]

La polarizzazione presente nel legame C=O influenza anche le proprietà fisiche dei composti carbonili, come per esempio il punto di ebollizione. Infatti in questo tipo di molecole i legami permanentemente polarizzati aumentano la tendenza delle molecole ad associarsi (interazioni dipolo-dipolo), che in chetone e aldeidi causano temperature di ebollizione più alte degli idrocarburi con stesso peso molecolare ma più basse di quelle degli alcoli corrispondenti (poiché le interazioni dipolo-dipolo sono più deboli dei legami idrogeno).

La polarità del carbonile influenza anche la solubilità dei composti carbonilici: quelli con basso peso molecolare sono solubili in acqua perché, seppur non in grado di formare legami idrogeno tra di loro, tendono a formare legami idrogeno con altri tipi di composti aventi gruppi O-H o N-H.

Chimica inorganica[modifica | modifica sorgente]

In chimica inorganica il termine carbonile è usato per indicare la molecola di monossido di carbonio (CO) quando funge da legante nei complessi. Nei metallocarbonili, la molecola di CO non può essere considerata come una base di Lewis in quanto oltre a cedere un doppietto elettronico, questa, riceve un doppietto elettronico dovuto alla retrodonazione π del metallo, in quanto il gruppo CO ha orbitali di opportuna simmetria capaci di combinarsi per dare origine ad un legame π. La retrodonazione ha come effetto la stabilizzazione del complesso dovuta ad una maggiore separazione fra gli orbitali di non legame e di antilegame dello (ex) ione metallico.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ (EN) carbonyl compounds, definizione IUPAC Gold Book
  2. ^ Francis A. Carey, Organic Chemistry, 5ª ed., McGraw-Hill, 2004, p.706. ISBN 0072521708.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Harold Hart, Leslie E. Craine, David J. Hart Chimica organica, 2003, Zanichelli.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

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