Карбонили́рование, реакции присоединения монооксида углерода CO к молекуле органического соединения в присутствии катализатора. Обычно в реакциях, помимо субстрата – ненасыщенных соединений (алкинов, алкенов или их производных), участвуют также нуклеофилы, содержащие подвижный атом водорода (вода, спирты, аммиак, тиолы и др.); продуктами карбонилирования являются карбоновые кислоты или их производные (одна из реакций Реппе). Процесс карбонилирования осуществляют в основном в жидкой фазе при температуре 50–300 °C и давлении 5–30 МПа. Катализаторами служат соли, карбонилы или другие комплексные соединения кобальта, никеля, родия и палладия; карбонилы могут быть использованы в качестве источника CO.

Карбонилирование с участием воды называют гидрокарбонилированием. При гидрокарбонилировании алкенов получают карбоновые кислоты (например, из этилена – пропионовую кислоту: $CH_2=CH_2+CO+H_2O \longrightarrow CH_3CH_2COOH$), алкинов – α,β-ненасыщенные карбоновые кислоты (например, из ацетилена получают акриловую кислоту: $CH≡CH+CO+H_2O \longrightarrow CH_2=CHCOOH$). Карбонилирование с участием спиртов называют алкоксикарбонилированием; в результате этой реакции образуются сложные эфиры, например: $CH≡CH+CO+ROH \longrightarrow CH_2=CHCOOR$ (R – алкильный радикал). При карбонилировании алкенов с участием кислорода – окислительном карбонилировании – образуются ненасыщенные карбоновые кислоты, например: $RCH=CH_2+CO+1/2O_2 \longrightarrow RCH=CHCOOH$. При карбонилировании с участием водорода – гидроформилировании – образуются альдегиды.

Карбонилирование ароматических и конденсированных полициклических углеводородов с участием хлороводорода в присутствии хлорида алюминия и хлорида меди(I) в качестве катализатора (реакция Гаттермана – Коха) используют для промышленного синтеза альдегидов. Возможно карбонилирование путём внедрения CO в простую связь, например карбонилирование метанола с образованием уксусной кислоты в присутствии родиевых катализаторов $CH_3OH+CO \longrightarrow CH_3COOH$ (один из промышленных способов получения уксусной кислоты). Карбонилирование широко применяют в органическом синтезе, главным образом для получения карбоновых кислот (уксусной, пропионовой, акриловой и др.).