Características del grupo carbonilo
Las características más importantes del grupo carbonilo son las siguientes:
- Se caracteriza por tener un doble enlace carbono-oxígeno que se encuentra presente en una variedad de grupos funcionales entre los cuales se cuentan los aldehídos y cetonas.
- La reactividad de los aldehídos y cetonas se origina esencialmente en la estructura del grupo carbonilo que al estar constituido por un enlace polar se comporta como electrófilo en el núcleo de carbono con carga parcial positiva.
- La instauración en el enlace carbono-oxígeno unida a la mencionada polaridad del enlace permite la adición de un nucleófilo.
- Entre los compuestos carbonílicos, los aldehídos y cetonas se comportan químicamente de manera similar.
- El grupo carbonilo puede ser un aldehído o cetona. Cuando es aldehído se forman aldosas y en segundo caso se forman cetosas.
- El grupo carbonilo es planar; esto significa que los átomos de oxígeno, carbono carbonilo, y los dos átomos unidos a él están en el mismo plano.
- El grupo carbonilo está polarizado porque la presencia del oxígeno, el cual es más electronegativo que el carbono, hace que tienda a desplazarse la densidad electrónica de la molécula y los electrones ¶ del grupo carbonilo hacia su núcleo, haciendo que se rodee de una mayor densidad electrónica, y dando origen a una carga positiva más débil sobre el carbono alfa.
- Tienen puntos de ebullición bastante elevados en relación con los hidrocarburos
- Sus puntos de ebullición también son menores que los alcoholes que corresponden.
Estructura del grupo carbonilo
En la estructura del grupo carbonilo el carbono se encuentra ligado a otros tres átomos por medio de enlaces los cuales co utilizan orbitales sp2 o se mantienen en un plano que los separa entre sí en un ángulo de 120º. El orbital p restante del carbono el oxígeno queda unido a través de un doble enlace. La parte inmediata de la molécula que rodea al carbón carbonílico es plana; el oxígeno, el carbonílico y los dos átomos directamente enlazados a éste se encuentran en un plano.
Los electrones que posee el doble enlace carbonílico se mantienen unidos con dos átomos de electronegatividad diferente de manera que no pueden ser compartidos de igual manera. La nube especialmente es muy móvil y es fuertemente atraída por el átomo que sea más electronegativo, que en este caso es el oxígeno.
Muchos estudios espectroscópicos que se han realizado a los grupos carbonilos además de estudios de difracción electrónica de los aldehídos y cetonas indican que el oxígeno, el carbono carbonílico y los otros dos átomos se encuentran todos en un mismo plano. Los tres diferentes ángulos del enlace se encuentran cercanos a los 120°.
Reactividad
Los grupos carbonilos pueden ser reducidos por los reactivos hidruros como por ejemplo el NaBH4 y LiAlH4, y también por los reactivos organometálicos como los reactivos organolitios y los reactivos de Grignard. El grupo carbonilo tiene las siguientes reacciones de reactividad:
- Reducción de Wolff-Kishner
- Reducción de Clemmensen
- Conversión en tioacetales
- Hidratación a los hemiacetales y a los hemicetales, y luego a los acetales y a los cetales
- Reacción con el amoníaco y con las aminas primarias, produciendo iminas
- Reacción con las hidroxilaminas, produciendo oximas
- Reacción con el anión cianuro, produciendo cianhidrinas
- Oxidación con las oxaziridinas, producieno α-hidroxicetonas (o α-hidroxialdehídos).
- Reacción con el reactivo de Tebbe o con un reactivo de Wittig, produciendo alquenos.
- Reacción de Perkin
- Reacción de Tischenko
- La condensación aldólica, produciendo compuestos β-hidroxicarbonilos y luego compuestos carbonilos α, β-insaturados.
- La Reacción de Cannizzaro, produciendo alcoholes y ácidos carboxílicos
Ejemplos de compuestos del grupo carbonilo
Algunos ejemplos de los compuestos carbonilos α, β-insaturados son la acroleína, el óxido de mesitilo, el ácido acrílico, y el ácido maleico. Los compuestos carbonilos insaturados pueden prepararse en el laboratorio por medio de la reacción aldólica o por la reacción de Perkin. También existen en la naturaleza compuestos carbonílicos orgánicos tales como la urea y el carbamatos; así como algunos compuestos carbonilos inorgánicos como por ejemplo el dióxido de carbono, el sulfuro de carbonilo y el fosgeno.
