Gruppo carbonilico: ibridazione
Il gruppo carbonilico è un gruppo funzionale costituito da un doppio legame carbonio-ossigeno C=O presente in molti composti organici:
- aldeidi RCH
- chetoni RCOR’
- acidi carbossilici RCOOH
- perossiacidi RCOOOH
- esteri RCOOR’
- ammidi RCONRR’
- alogenuri acilici RCOX
- anidridi (RCO)2
Ibridazione
Il legame carbonio-ossigeno presente nel gruppo carbonilico è di tipo covalente polare ed è uno dei legami più diffusi nell’ambito dei composti organici. Nel gruppo carbonilico il carbonio è ibridato sp2: a seguito della promozione di un elettrone dall’orbitale 2s all’orbitale 2p il carbonio presenta quattro elettroni di valenza. Tre di questi elettroni, uno dell’orbitale s e due dell’orbitale p danno luogo alla formazione di tre orbitali ibridi sp2 che si dispongono planarmente con angoli di 120°; il rimanente quarto elettrone nell’orbitale pz è perpendicolare al piano.
Anche l’atomo di ossigeno dà luogo ad ibridazione sp2
La differenza, rispetto al carbonio, è che due degli orbitali ibridi sono occupati da un doppietto elettronico.
Il gruppo carbonilico, costituito da un legame σ e da un legame π, può essere descritto come formato dalla sovrapposizione di un orbitale sp2 del carbonio e un orbitale sp2 dell’ossigeno per formare il legame σ assieme a una contemporanea sovrapposizione degli orbitali 2pz del carbonio e dell’ossigeno per formare il legame π perpendicolare al piano.
La lunghezza del legame carbonilico è di 1.23 Å e la forza del legame è di 176-179 kcal/mol, un po’ più forte rispetto a due legami C-O ( 2 x 85.5 = 171 kcal/mol).
Stante l’elevata differenza di elettronegatività tra carbonio ( elettronegatività = 2.5) e ossigeno ( elettronegatività = 3.5) il legame è polare. Presenta una parziale carica positiva localizzata sul carbonio e una parziale carica negativa localizzata sull’ossigeno; il gruppo carbonilico è stabilizzato dalle seguenti strutture di risonanza di cui una a separazione di carica:
Per la sua peculiarità quindi il gruppo carbonilico può agire sia da nucleofilo che da elettrofilo: in particolare il carbonio agisce da elettrofilo mentre l’ossigeno agisce da nucleofilo.
