Σταθερότητα Carbocation

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε για το σχηματισμό καρβοκατιόντων και ποιοι παράγοντες προκαλούν αναδιατάξεις καρβοκατιόντων. Για να κατανοήσουμε καλύτερα τις αναδιατάξεις, θα εξετάσουμε παραδείγματα κάθε τύπου αναδιάταξης.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• SN1
• E1
• Στειρικό εμπόδιο
• Τυπική χρέωση

Σταθερότητα Carbocation – Λεξιλόγιο

• Πρωτεύον – Ένας άνθρακας συνδεδεμένος με ένα άλλο άτομο άνθρακα
• Δευτερογενής – Ένας άνθρακας που συνδέεται με δύο άλλα άτομα άνθρακα
• Τριτογενής – Ένας άνθρακας που συνδέεται με τρία άλλα άτομα άνθρακα
• Μετατόπιση υδριδίου – Όταν ένα άτομο υδρογόνου μετακινείται σε θετικά φορτισμένο άνθρακα
• Μετατόπιση μεθυλίου – Όταν μια ομάδα μεθυλίου μετακινείται σε θετικά φορτισμένο άνθρακα
• Επέκταση δακτυλίου – Όταν ένας τεντωμένος δακτύλιος σπάει έναν δεσμό για να σχηματίσει έναν νέο δεσμό με ένα καρβοκατιόν

Πότε σχηματίζονται τα καρβοκατιόντα;

Τα καρβοκατιόντα σχηματίζονται σε ενδιάμεσα στάδια των αντιδράσεων E1 και SN1. Ο σχηματισμός ενός καρβοκατιόντος είναι συχνά το βήμα που καθορίζει το ρυθμό και το ενδιάμεσο καρβοκατιόν θα υποβληθεί σε αναδιάταξη για να σταθεροποιήσει το θετικό φορτίο.

Ποια είναι η πιο σταθερή μορφή;

Τα καρβοκατιόντα είναι τα πιο σταθερά όταν το φορτίο είναι σε τριτογενή άνθρακα και λιγότερο σταθερά σε έναν πρωτογενή άνθρακα. Τα καρβοκατιόντα θα μετατοπίσουν το θετικό φορτίο για να φτάσουν στην πιο σταθερή διαμόρφωση. Αυτό ονομάζεται αναδιάταξη carbocation.

Επιπλέον, όσο περισσότερες δομές συντονισμού υπάρχουν, τόσο πιο σταθερό θα είναι το φορτίο. Τέλος, εάν κάποια άτομα εκτός από τον άνθρακα έχουν μεμονωμένα ζεύγη, θα σχηματιστεί ένας διπλός δεσμός και το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο θα λάβει το θετικό φορτίο.

Παράδειγμα:Πρωτογενή έως τριτοταγή καρβοκατιόντα

Παράδειγμα:Σχηματισμός διπλού δεσμού

Αναδιάταξη των καρβοκατιόντων

Υπάρχουν διάφορες μορφές αναδιάταξης καρβοκατιόντων που μπορούν να συμβούν. Πρώτα είναι μια μετατόπιση υδριδίου, όπου ένα άτομο υδρογόνου αλλάζει θέσεις με το θετικό φορτίο. Μια μετατόπιση μεθυλίου είναι παρόμοια με μια μετατόπιση υδριδίου, αλλά αντί να μετατοπίζεται το υδρογόνο μετακινείται μια ολόκληρη ομάδα μεθυλίου. Τέλος, μια επέκταση δακτυλίου, η οποία συμβαίνει για να ανακουφίσει τη στερική καταπόνηση δίπλα σε ένα καρβοκατιόν. Το κυκλοεξάνιο έχει το λιγότερο στερικό στέλεχος και έτσι το κυκλοεξάνιο δεν θα μετατοπιστεί σε κυκλοπεντάνιο ή κυκλοεπτάνιο. Πάρτε ένα κυκλοβουτάνιο, για παράδειγμα, το οποίο έχει μεγάλο στερικό στέλεχος. Εάν σχηματιστεί ένα καρβοκατιόν σε μια διακλαδισμένη προπυλ ομάδα, το κυκλοβουτάνιο μπορεί να επεκταθεί σε κυκλοπεντάνιο.

Παράδειγμα αναδιάταξης καρβοκατιόντων:μετατόπιση υδριδίου

Παράδειγμα αναδιάταξης ενανθράκωσης:επέκταση δακτυλίου