12.10 : Addycja nukleofilowa do grupy karbonylowej: mechanizm ogólny

Węgiel karbonylowy w aldehydzie lub ketonie jest miejscem ataku nukleofilowego ze względu na jego charakter pozbawiony elektronów. W zależności od siły przychodzącego nukleofila reakcja zachodzi różnymi drogami mechanistycznymi.

Silniejszy nukleofil może bezpośrednio zaatakować centrum elektrofilowe, węgiel karbonylowy. Orbital HOMO nukleofila oddziałuje z orbitalem LUMO (π* antybakteryjnym) obecnym na węglu karbonylowym. Ta interakcja rozrywa wiązanie π i przesuwa elektrony wiążące π na tlen karbonylowy, tworząc zasadowy anion alkoholanowy. Zasadowy związek pośredni, jon alkoholanowy, abstrahuje proton, tworząc produkt addycji, jak pokazano na poniższym rysunku.

Z drugiej strony słaby nukleofil nie może bezpośrednio atakować elektrofilowego węgla karbonylowego. Aby słaby nukleofil mógł zareagować, należy znacznie zwiększyć elektrofilowość węgla karbonylowego. Zatem aldehyd lub keton traktuje się katalizatorem kwasowym w celu poprawy elektrofilowości węgla karbonylowego. Jak pokazano na rysunku poniżej, katalizator kwasowy protonuje tlen karbonylowy, tworząc kation oksoniowy. Kation oksoniowy jest stabilizowany rezonansowo poprzez przeniesienie ładunku dodatniego na sąsiedni karbonylowy atom węgla. Ta delokalizacja ładunku dodatniego zwiększa elektrofilowość węgla karbonylowego, prowadząc do ataku słabego nukleofila.