Свойства карбонильной группы

Кислород карбонильной группы проявляет -I и -M эффекты относительно атома углерода, и как следствие, вся карбонильная группа проявляет те же эффекты относительно соседних атомов углерода и их заместителей. Для простейшего карбонильного соединения – формальдегида (см. рисунок) определена следующая геометрия: длина связей С=О 1, 20 Ǻ, С-Н 1, 10 Ǻ, угол Н-С-Н 116, 5˚, все четыре атома лежат в одной плоскости. Атомы углерода и кислорода, образующие карбонильную группу находится в sp² гибридизованном состоянии.

Реакционная способность карбонильной группы связана, во первых с присутствием элемента ненасыщенности, и поэтому, как и кратные С=С связи, она вступает в реакции присоединения, разница заключается в том, что карбонильная группа изначально поляризована (μ =2, 7-3, 05 D) и направление присоединения диполя однозначно. Причем, первичная атака осуществляется нуклеофильной частицей Ad_N.

Кроме разницы в электроотрицательности вклад в дипольный момент вносит и наличие двух неподеленных пар электронов кислорода (на рисунке показаны точками). Так как данные пары лежат в плоскости карбонильной группы, они не могут перекрываться с π -электронными облаками кратной связи С=О. Поэтому, в отличие от гидроксильной группы в спиртах и фенолах кислород карбонильной группы не может проявлять +М эффект за счет подачи электронной плотности с одной из неподеленных пар электронов.

В связи с наличием свободных электронных пар кислорода альдегиды и кетоны проявляют свойства слабых оснований. Протонирование карбонильного кислорода наблюдается только в концентрированных растворах сильных минеральных кислот.

За счет электроноакцепторных свойств карбонильной группы в целом, она облегчает нуклеофильное замещение у атома углерода соседнего с группой С=О.