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有机化学/反应入门/碳正离子

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碳正离子是有机分子中带有正电荷的碳原子。因此它们是正离子。碳正离子在它们的价层电子壳层中只有六个电子,这使得它们成为电子缺乏的物质。因此,它们是不稳定的亲电试剂,会与亲核试剂迅速反应形成新的键。由于它们与杂原子的反应性,碳正离子在许多常见的有机反应中是非常有用的中间体。

碳正离子结构

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碳正离子的轨道通常是sp2杂化的,因此三个完整的轨道在碳原子核周围以三角平面几何排列。剩余的p轨道是空的,并且会很容易地接受来自另一个原子的电子对。由于这种几何排列的对称性,亲核攻击在由完整轨道形成的平面以上或以下同样有利。结果给出外消旋混合物,但外消旋程度取决于溶剂的性质。极性质子溶剂有利于碳正离子的形成,而极性非质子溶剂需要更长的时间才能给出碳正离子,而非极性溶剂不会给出碳正离子。

                                                                          Just after formation of carbocation it exist in intimate ion pair , after some time it converts into solvent separated ion pair then it give free form of carbocation . formation of free form depend upon solvent, if it is very good polar protic solvent ( that helps to separate carbocation and it's negative counter part ) then in a very small time , it will give free carbocation .

碳正离子稳定性

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碳正离子通常不稳定,并且难以形成。它们通常不能从反应中分离出来,因为它们会立即反应以填补它们的空p轨道。由于它们是电子缺乏的,将供电子基团(如烷基)连接到碳正离子将有助于稳定碳正离子。总的来说

烷基碳正离子的稳定性

CH3+ < RCH2+ < R2CH+ < R3C+

显然,叔碳正离子是最稳定的,因为它被三个共享其正电荷的碳原子包围。伯和特别是甲基碳正离子很少在有机反应中出现,除非在特殊的条件下,比如苄基或烯丙基阳离子。

碳正离子也可以通过邻近的孤对电子或π电子通过共振来稳定。总的来说,这种稳定作用大于一级取代,所以一个通过共振稳定的二级碳正离子将比一个没有共振稳定作用的叔碳正离子更稳定,而一个通过共振稳定的伯碳正离子将比一个没有共振稳定作用的二级碳正离子更稳定。

==碳正离子的形成==碳正离子中间体在三种主要类型的反应中形成:π键的加成、单分子消除和单分子亲核取代。在桥头碳上,正碳是罕见的。3-环丙基碳正离子是最稳定的碳正离子。

碳正离子的反应

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一般来说,碳正离子会经历三种基本的反应类型

1. 亲核试剂捕获

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碳正离子甚至会与弱亲核试剂(如水)反应形成新的键。

2. 消去形成π键

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与碳正离子相邻的碳通常会失去一个质子,从碳正离子形成双键(在某些情况下形成三键)。这种反应只需要一个弱碱(例如氯离子)来除去质子。

3. 重排

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在离子稳定之前,二级碳正离子可能会重排形成叔碳正离子。由于阳离子构成电子缺乏,空的轨道不会移动;相反,连接到附近碳上的氢原子被移动以稳定二级碳正离子,氢原子会创建一个新的叔碳正离子,它更稳定,并且会发生取代反应以产生最终产物。参见w:碳正离子重排.

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