12.10 : Нуклеофильное присоединение к карбонильной группе: общий механизм

Карбонильный углерод в альдегиде или кетоне является местом нуклеофильной атаки из-за его электронодефицитной природы. В зависимости от силы входящего нуклеофила реакция протекает по разным механическим путям.

Более сильный нуклеофил может напрямую атаковать электрофильный центр — карбонильный углерод. ВЗМО-орбиталь нуклеофила взаимодействует с LUMO (π*-разрыхляющей) орбиталью, присутствующей на карбонильном углероде. Это взаимодействие разрывает π-связь и смещает π-связывающие электроны на карбонильный кислород, образуя основной алкоксид-анион. Основной промежуточный алкоксид-ион отрывает протон, образуя продукт присоединения, как показано на следующем рисунке.

С другой стороны, слабый нуклеофил не может напрямую атаковать электрофильный карбонильный углерод. Чтобы слабый нуклеофил прореагировал, необходимо существенно повысить электрофильность карбонильного углерода. Таким образом, альдегид или кетон обрабатывают кислотным катализатором для улучшения электрофильности карбонильного углерода. Как показано на рисунке ниже, кислотный катализатор протонирует карбонильный кислород, образуя катион оксония. Катион оксония резонансно стабилизируется за счет делокализации положительного заряда на соседнем карбонильном атоме углерода. Эта делокализация положительного заряда увеличивает электрофильность карбонильного углерода, что приводит к атаке слабого нуклеофила.