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 y oxohaluros de carbono , carbonatos y carbonilos metálicos , [4] y en compuestos orgánicos como alcoholes , éteres y compuestos carbonílicos. y oxalatos . [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 ambos. En los compuestos neutros, un átomo de oxígeno puede formar hasta dos enlaces simples o un doble enlace con el carbono, mientras que un átomo de carbono puede formar hasta cuatro enlaces simples o dos dobles enlaces 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 otro con el hidrógeno, C – O – H. [5] : 32 En los compuestos carbonilo, el oxígeno forma un doble enlace covalente con el carbono, C=O, conocido como grupo carbonilo . [5] : 136 En éteres, alcoholes y compuestos carbonílicos, los cuatro electrones no enlazantes en la capa exterior del oxígeno forman dos pares libres . [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 libres. En los iones de oxonio , uno de los dos pares libres del oxígeno se utiliza para formar un tercer enlace covalente que genera un catión , >O + – o =O + – o ≡O + , quedando un par solitario. [5] : 343, 410
Un átomo de carbono forma un enlace sencillo 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 doble enlace con el oxígeno en aldehídos , cetonas y haluros de acilo . En los ácidos carboxílicos , ésteres y anhídridos , cada átomo de carbono del carbonilo forma un doble enlace y un enlace sencillo con el oxígeno. En los ésteres de carbonato y el ácido carbónico , el carbono carbonilo forma un doble enlace y dos enlaces simples con el oxígeno. En el dióxido de carbono , el carbono forma dos dobles enlaces con el oxígeno.
El enlace C – O está fuertemente polarizado hacia el oxígeno ( electronegatividad de C frente a O, 2,55 frente a 3,44). Las longitudes de los enlaces [4] para los enlaces parafínicos C – O están en el rango de 143 pm , menos que las de los enlaces C – N o C – C. Los enlaces simples acortados se encuentran en los ácidos carboxílicos (136 pm) debido al carácter parcial del doble enlace y los enlaces alargados se encuentran en los 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 de oxonio cargados positivamente . En los furanos , el átomo de oxígeno contribuye a la deslocalización del electrón pi a través de su orbital p lleno y, por tanto, los furanos son aromáticos . Las longitudes de los enlaces C=O son de alrededor de 123 pm en los compuestos carbonílicos. La longitud del enlace C=O en el dióxido de carbono es de 116 pm. Los enlaces C=O en los halogenuros de acilo tienen carácter de triple enlace parcial y, por tanto, son muy cortos: 117 pm. Los compuestos con triples enlaces formales C ≡ O 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 + (típicamente 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 la síntesis del éter de Williamson , las sustituciones de acilo nucleófilas y la adición electrófila a alquenos. La reacción de Paternò-Büchi involucra compuestos carbonílicos.
Los enlaces carbono-oxígeno están presentes en estos grupos funcionales :