6.6
Bei einer nukleophilen Substitutionsreaktion nimmt die verlassende Gruppe, wenn die heterolytische Spaltung der Bindung zwischen dem Kohlenstoff und der verlassenden Gruppe stattfindet, das Elektronenpaar mit sich und verlässt das Kohlenstoffzentrum mit einer positiven Ladung. Dieses elektronenarme Substrat wird als Karbokation bezeichnet.
Bei einem Karbokation ist das Kohlenstoffatom von sechs Elektronen in Form von drei σ Bindungen umgeben, die jeweils in einem Winkel von 120° zueinander stehen. Der Kohlenstoff ist sp2 hybridisiert mit einer trigonalen planaren Geometrie und einem unhybridisierten leeren p Orbital.
Da das leere Orbital des Kohlenstoffs leicht Elektronen von verschiedenen Nukleophilen aufnehmen kann, wirken Carbokationen bei chemischen Reaktionen als starke Elektrophile.
Die einfachste Karbokation ist das Methylkation, bei dem drei Wasserstoffatome an das elektronenarme Kohlenstoffatom gebunden sind.
Alkylgruppen können die Wasserstoffatome ersetzen, um verschiedene Arten von Karbonationen zu erhalten. Abhängig von der Anzahl solcher Alkylsubstituenten können Karbonkationen in primäre, sekundäre und tertiäre Karbonationen eingeteilt werden.
Die Alkylverzweigung stabilisiert die Carbokation durch den induktiven Effekt und die Hyperkonjugation.
Der Effekt ist induktiv, wenn elektronenfreisetzende Alkylsubstituenten die Elektronendichte über σ Bindungen an das positive Kohlenstoffzentrum abgeben und dadurch das Carbokation stabilisieren.
Eine erhöhte Alkylsubstitution erhöht die induktive Wirkung in Carbokationen, was folglich die Stabilität der Carbokationen erhöht.
Die Stabilität wird durch Hyperkonjugation weiter erhöht, wobei die Überlappung zwischen dem leeren p-Orbital des Kohlenstoffs und einem entsprechend ausgerichteten gefüllten sp3-Orbital einer Alkylgruppe erfolgt.
Mit zunehmender Anzahl von Alkylgruppen nimmt die Wirkung der Hyperkonjugation zu und damit auch die Stabilität der Carbokationen.
Carbokationen sind eines der Reaktionszwischenprodukte, die bei mehreren nukleophilen Substitutionen oder Eliminierungsreaktionen entstehen. Ein Carbo…
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