Un enlace carbono-oxígeno es un enlace covalente polar entre átomos de carbono y oxígeno . [1] [2] [3] : 16–22 Los enlaces carbono-oxígeno se encuentran en muchos compuestos inorgánicos como óxidos de carbono y oxohaluros , carbonatos y carbonilos metálicos , [4] y en compuestos orgánicos como alcoholes , éteres y compuestos carbonílicos . [5] : 32–36 El oxígeno tiene 6 electrones de valencia propios y tiende a llenar su capa exterior con 8 electrones compartiendo electrones con otros átomos para formar enlaces covalentes , aceptando electrones para formar un anión o una combinación de los dos. En compuestos neutros, un átomo de oxígeno puede formar un triple enlace con el carbono, mientras que un átomo de carbono puede formar hasta cuatro enlaces simples o dos enlaces dobles con el oxígeno.
En los éteres, el oxígeno forma dos enlaces simples covalentes con dos átomos de carbono, C–O–C, mientras que en los alcoholes el oxígeno forma un enlace simple con el carbono y uno con el hidrógeno, C–O–H. [5] : 32 En la mayoría de los compuestos carbonílicos orgánicos, el oxígeno forma un enlace doble covalente con el carbono, C=O, conocido como grupo carbonilo . [5] : 136 En los éteres, alcoholes y compuestos carbonílicos, los cuatro electrones no enlazantes en la capa externa del oxígeno no son enlazantes. [5] : 108 En los alcóxidos , el oxígeno forma un enlace simple con el carbono y acepta un electrón de un metal para formar un anión alcóxido, R–O − , con tres pares solitarios. En los iones oxonio , uno de los dos pares solitarios del oxígeno se utiliza para formar un tercer enlace covalente que genera un catión , >O + – o =O + – o ≡O + , con un par solitario restante. [5] : 343, 410 En los iones de monóxido de carbono y acilio, el oxígeno forma un triple enlace con el carbono.
Un átomo de carbono forma un enlace simple con el oxígeno en alcoholes, éteres y peróxidos, dos en acetales , [3] : 524 [5] : 35, 340–348 tres en ortoésteres , [5] : 345 y cuatro en ortocarbonatos . [6] El carbono forma un enlace doble con el oxígeno en aldehídos , cetonas y haluros de acilo . En ácidos carboxílicos , ésteres y anhídridos , cada átomo de carbono carbonílico forma un enlace doble y un enlace simple con el oxígeno. En ésteres de carbonato y ácido carbónico , el carbono carbonílico forma un enlace doble y dos enlaces simples con el oxígeno. El enlace en dióxido de carbono a menudo se describe como consistente en dos enlaces dobles C=O, aunque en tales sistemas deslocalizados, el orden de enlace es menos claro. Como se mencionó anteriormente, el carbono forma enlaces triples con el oxígeno en monóxido de carbono y sus derivados, que incluyen iones acilio y carbonilos metálicos .
El enlace C–O está polarizado hacia el oxígeno ( electronegatividad de C frente a O, 2,55 frente a 3,44). Las longitudes de enlace [4] para los enlaces C–O parafínicos están en el rango de 143 pm , menos que las de los enlaces C–N o C–C. Se encuentran enlaces simples acortados con ácidos carboxílicos (136 pm) debido al carácter de doble enlace parcial y enlaces alargados en epóxidos (147 pm). [7] La fuerza del enlace C–O también es mayor que la de C–N o C–C. Por ejemplo, las fuerzas de enlace son 91 kilocalorías (380 kJ)/mol (a 298 K) en metanol , 87 kilocalorías (360 kJ)/mol en metilamina y 88 kilocalorías (370 kJ)/mol en etano . [7]
El carbono y el oxígeno forman dobles enlaces terminales en grupos funcionales conocidos colectivamente como compuestos carbonílicos a los que pertenecen compuestos como cetonas , ésteres , ácidos carboxílicos y muchos más. Los enlaces internos C=O se encuentran en iones oxonio cargados positivamente . En los furanos , el átomo de oxígeno contribuye a la deslocalización de electrones pi a través de su orbital p lleno y, por lo tanto, los furanos son aromáticos . Las longitudes de enlace de los enlaces C=O son alrededor de 123 pm en compuestos carbonílicos. La longitud de enlace C=O en dióxido de carbono es 116 pm. Los enlaces C=O en haluros de acilo tienen carácter de triple enlace parcial y, en consecuencia, son muy cortos: 117 pm. Los compuestos con triples enlaces C ≡ O formales no existen excepto el monóxido de carbono , que tiene un enlace muy corto y fuerte (112,8 pm), y los iones acilio , R–C≡O + (normalmente 110-112 pm). [8] [9] [10] Estos triples enlaces tienen una energía de enlace muy alta, incluso mayor que los triples enlaces N≡N. [11] El oxígeno también puede ser trivalente, por ejemplo en el tetrafluoroborato de trietiloxonio . [5] : 343
Las reacciones de formación de enlaces carbono-oxígeno son numerosas. Destacan la síntesis del éter de Williamson y muchas oxidaciones.
Los enlaces carbono-oxígeno están presentes en estos grupos funcionales : [12]