12.10 : Addizione nucleofila al gruppo carbonilico: meccanismo generale

Il carbonio carbonilico in un'aldeide o in un chetone è il sito di un attacco nucleofilo a causa della sua natura carente di elettroni. A seconda della forza del nucleofilo in arrivo, la reazione avviene attraverso diversi percorsi meccanicistici.

Un nucleofilo più forte può attaccare direttamente il centro elettrofilo, il carbonio carbonilico. L'orbitale HOMO del nucleofilo interagisce con l'orbitale LUMO (π* antilegame) presente sul carbonio carbonilico. Questa interazione rompe il legame π e sposta gli elettroni di legame π sull'ossigeno carbonilico, formando un anione alcossido basico. Lo ione alcossido basico intermedio estrae un protone, formando il prodotto di addizione come illustrato nella figura seguente.

D'altra parte, un nucleofilo debole non può attaccare direttamente il carbonio carbonilico elettrofilo. Affinché il nucleofilo debole reagisca, l'elettrofilicità del carbonio carbonilico deve essere sostanzialmente migliorata. Pertanto, l'aldeide o il chetone vengono trattati con un catalizzatore acido per migliorare l'elettrofilicità del carbonio carbonilico. Come mostrato nella figura seguente, il catalizzatore acido protona l'ossigeno carbonilico formando un catione ossonio. Il catione ossonio viene stabilizzato per risonanza delocalizzando la carica positiva sull'atomo di carbonio carbonilico adiacente. Questa delocalizzazione della carica positiva aumenta l'elettrofilicità del carbonio carbonilico, portando all'attacco del nucleofilo debole.