Carbocations

Dans une réaction de substitution nucléophile, lorsque le clivage hétérolytique de la liaison entre le carbone et le groupe partant se produit, le groupe sortant emporte la paire d’électrons avec lui, laissant le centre du carbone avec une charge positive. Ce substrat déficient en électrons est appelé carbocation.

Dans un carbocation, l’atome de carbone est entouré de six électrons sous la forme de trois liaisons σ, chacune à un angle de 120° par rapport à l’autre. Le carbone est hybridé sp² avec une géométrie plane trigonale et une orbitale p vide non hybridée.

Parce que l’orbitale vacante du carbone peut facilement accepter des électrons de différents nucléophiles, les carbocations agissent comme de puissants électrophiles dans les réactions chimiques.

Le carbocation le plus simple est le cation méthyle dans lequel trois atomes d’hydrogène sont liés à l’atome de carbone déficient en électrons.

Les groupes alkyle peuvent se substituer aux atomes d’hydrogène pour donner différents types de carbocations. Selon le nombre de ces substituants alkylés, les carbocations peuvent être classées en carbocations primaires, secondaires et tertiaires.

La ramification alkyle stabilise le carbocation par l’effet inductif et l’hyperconjugaison.

L’effet est inductif lorsque les substituants alkyles libérant des électrons donnent une densité électronique au centre de carbone positif par le biais de liaisons σ, stabilisant ainsi le carbocation.

L’augmentation de la substitution d’alkyle augmente l’effet inductif dans les carbocations, ce qui augmente par conséquent la stabilité des carbocations.

La stabilité est encore améliorée par l’hyperconjugaison, qui implique le chevauchement entre l’orbitale p vide du carbone et une orbitale sp³ remplie convenablement alignée d’un groupe alkyle.

Avec un nombre croissant de groupes alkyles, l’effet de l’hyperconjugaison augmente, et avec lui, la stabilité des carbocations augmente également.