Nucleophilic Addition to a Carbonyl
カルボニルへの求核付加（基礎）
求核付加の最小例（土台）：ホルムアルデヒド（H2C=O）＋水酸化物イオン（OH⁻）→ アルコキシド HOCH2O⁻。一般式（求核剤Y⁻がカルボニルに付加）を、最も素直な求核剤OH⁻で具体化した例。
出発物から生成物へ
反応の基本形
R₂C=O + Nu⁻ → R₂C(Nu)–O⁻
求核剤がカルボニル炭素へ付加し、酸素上に負電荷をもつアルコキシドを作るカルボニル反応の土台である。
反応機構（段ごと）
巻矢印はA＝攻撃 / B＝脱離・π形成 / C＝プロトン移動。本文の (A)(B)(C) は図中の同色の矢印を指します。
水酸化物イオンのカルボニル炭素への求核付加
試薬・条件OH⁻（水酸化物イオン）
水酸化物イオンの酸素O5の孤立電子対結合に使われず、原子の上に対で残っている非共有の電子対。求核剤として攻める手になる。が、カルボニル炭素と酸素が二重結合したC=O構造。炭素が電子不足で、求核剤に攻められる。の炭素C1を攻めて新しいO5–C1結合を作る(A)。C1は電気陰性度結合の電子対を引き寄せる強さの尺度。大きい原子ほど電子を引き、分極を生む。の強い酸素O2に電子を引かれてδ+電気陰性度の差で結合の電子が偏り、δ＋とδ－の部分電荷が生じること。（電子が薄い）になっているので、攻められる側になる。玉突きで、C1=O2のπ電子が酸素O2へ降りていく(B)。その結果、平面だった炭素C1が四本足（sp3）に組み変わり、酸素O2が負電荷を持つアルコキシドアルコールのO–Hが外れ、酸素上に負電荷を持った陰イオン。強い求核剤・塩基である。（HOCH2O⁻）になる。負電荷は電気陰性度の強い酸素の上に乗るので安定。
Q.なぜ攻めた後、負電荷は炭素ではなく酸素の上に乗るのか
A.求核剤電子が余っていて、電子の足りない相手（求電子剤）へ電子対を差し出して結合をつくる化学種。が炭素を攻めると、行き場を失った C=O のπ電子（2個）は玉突きで酸素の側へ逃げる。酸素は電気陰性度が強く電子を抱えても安定でいられるので、負電荷は酸素の上に乗る（アルコキシド）。炭素の上に負電荷を残すより、はるかに安定な逃がし方。
なぜこう進むのか
- 原理
- カルボニル炭素と酸素が二重結合したC=O構造。炭素が電子不足で、求核剤に攻められる。 C=O は、酸素の電気陰性度結合の電子対を引き寄せる強さの尺度。大きい原子ほど電子を引き、分極を生む。が炭素より強いので、炭素がδ+電気陰性度の差で結合の電子が偏り、δ＋とδ－の部分電荷が生じること。（電子が薄い）・酸素がδ−（電子が濃い）に分かれている。だから電子が余った求核剤電子が余っていて、電子の足りない相手（求電子剤）へ電子対を差し出して結合をつくる化学種。（ここでは OH⁻）は、電子の薄い炭素（δ+）を攻める。攻められると C=O のπ電子は玉突きで酸素へ逃げ、酸素が負電荷を持つアルコキシドアルコールのO–Hが外れ、酸素上に負電荷を持った陰イオン。強い求核剤・塩基である。になる。これが求核付加求核剤がカルボニルなどの二重結合に付き、π結合が開いて新しい結合ができる反応。の一手そのもの。
- 選択性
- Q.なぜ求核剤は酸素ではなく炭素の側を攻めるのか
A.C=O では酸素が電子を強く引くので、炭素が電子の薄いδ+、酸素が電子の濃いδ−になっている。求核剤は電子が余っている側なので、電子が足りない（＝δ+の）炭素を攻める。電子が濃い酸素を攻めても、電子どうしで反発するだけで結合はできない。 - 駆動力
- 電子が余った求核剤 OH⁻ と、電子が薄いδ+の炭素が結びつくと、両者にとって都合がよい（電子の過不足が解消される）。生じる負電荷は電気陰性度の強い酸素の上に乗るので、炭素の上に乗るより安定。平面の C=O に求核剤が付いて炭素が四本足（sp3）に組み変わる、これが求核付加の型。
近い反応・対になる反応
同じ中間体・対になる選択性・連続する変換など、位置の近い反応です。反応マップで全体の中での位置も見られます。
機構の正しさを機械で確かめる
原子の保存・電子の流れ・生成物への到達を機械で検証しています。妥当な経路は複数ありえます。
検算の内訳を見る
| 矢印⇄結合変化の整合 | 整合 — fail=0 / check=0（全1段） |
|---|---|
| 電荷保存 | 保存 — 全段で電荷保存 |
| 中間体の鎖の連続 | 連続 — 中間体の鎖が連続 |
| 生成物への到達（内部整合） | 到達 — 看板の生成物が機構中で実際に生成 |
| 生成物の分子式 | CH3O2- |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致（CID 18615346） hydroxymethanolate |