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En una reacción de sustitución nucleofílica, cuando se produce la escisión heterolítica del enlace entre el carbono y el grupo saliente, el grupo saliente se lleva consigo el par de electrones, dejando el centro del carbono con una carga positiva. Este sustrato deficiente en electrones se denomina carbocatión.
En un carbocatión, el átomo de carbono está rodeado por seis electrones en forma de tres enlaces σ, cada uno en un ángulo de 120° con respecto al otro. El carbono es sp2 hibridado con una geometría plana trigonal y un orbital p vacío no hibridado.
Debido a que el orbital vacante del carbono puede aceptar fácilmente electrones de diferentes nucleófilos, los carbocationes actúan como electrófilos fuertes en las reacciones químicas.
El carbocatión más simple es el catión metilo en el que tres átomos de hidrógeno están unidos al átomo de carbono deficiente en electrones.
Los grupos alquilo pueden sustituir a los átomos de hidrógeno para dar diferentes tipos de carbocationes. Dependiendo del número de tales sustituyentes alquilo, los carbocationes se pueden clasificar como carbocationes primarios, secundarios y terciarios.
La ramificación de alquilo estabiliza el carbocatión a través del efecto inductivo y la hiperconjugación.
El efecto es inductivo cuando los sustituyentes alquilo liberadores de electrones donan densidad de electrones al centro de carbono positivo a través de enlaces σ, estabilizando así el carbocatión.
El aumento de la sustitución de alquilo aumenta el efecto inductivo en los carbocationes, lo que en consecuencia aumenta la estabilidad de los carbocationes.
La estabilidad se mejora aún más a través de la hiperconjugación, que implica la superposición entre el orbital p vacío del carbono y un orbital sp3 lleno adecuadamente alineado de un grupo alquilo.
Con un número cada vez mayor de grupos alquilo, aumenta el efecto de la hiperconjugación y, junto con él, también aumenta la estabilidad de los carbocationes.
Los carbocationes son uno de los intermedios de reacción formados durante varias sustituciones nucleofílicas o reacciones de eliminación. Un carbocati…
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