12.10 : Nukleophile Addition an die Carbonylgruppe: Allgemeiner Mechanismus

Der Carbonylkohlenstoff in einem Aldehyd oder Keton ist aufgrund seiner elektronenarmen Natur der Ort eines nukleophilen Angriffs. Abhängig von der Stärke des eintretenden Nukleophils erfolgt die Reaktion über unterschiedliche mechanistische Wege.

Ein stärkeres Nukleophil kann das elektrophile Zentrum, den Carbonylkohlenstoff, direkt angreifen. Das HOMO-Orbital des Nukleophils interagiert mit dem LUMO-Orbital (π* antibindend) am Carbonylkohlenstoff. Diese Wechselwirkung bricht die π-Bindung und verschiebt die π-bindenden Elektronen auf den Carbonylsauerstoff, wodurch ein basisches Alkoxidanion entsteht. Das basische Alkoxidion als Zwischenprodukt entzieht ein Proton und bildet das Additionsprodukt, das in der folgenden Abbildung dargestellt ist.

Andererseits kann ein schwaches Nukleophil den elektrophilen Carbonylkohlenstoff nicht direkt angreifen. Damit das schwache Nukleophil reagieren kann, muss die Elektrophilie des Carbonylkohlenstoffs erheblich erhöht werden. Daher wird das Aldehyd oder das Keton mit einem Säurekatalysator behandelt, um die Elektrophilie des Carbonylkohlenstoffs zu verbessern. Wie in der Abbildung unten dargestellt, protoniert der Säurekatalysator den Carbonylsauerstoff und bildet ein Oxoniumkation. Das Oxoniumkation wird durch die Delokalisierung der positiven Ladung auf das benachbarte Carbonylkohlenstoffatom resonanzstabilisiert. Diese Delokalisierung der positiven Ladung erhöht die Elektrophilie des Carbonylkohlenstoffs, was zum Angriff des schwachen Nukleophils führt.