Carbocationi

In una reazione di sostituzione nucleofila, quando si verifica la scissione eterolitica del legame tra il carbonio e il gruppo uscente, il gruppo uscente porta con sé la coppia di elettroni, lasciando il centro del carbonio con una carica positiva. Questo substrato carente di elettroni è chiamato carbocatione.

In un carbocatione, l'atomo di carbonio è circondato da sei elettroni sotto forma di tre legami σ, ciascuno con un angolo di 120° dall'altro. Il carbonio è sp² ibridato con una geometria piana trigonale e un orbitale p vuoto non ibridato.

Poiché l'orbitale vuoto del carbonio può facilmente accettare elettroni da diversi nucleofili, i carbocationi agiscono come forti elettrofili nelle reazioni chimiche.

Il carbocatione più semplice è il catione metilico in cui tre atomi di idrogeno sono legati all'atomo di carbonio carente di elettroni.

I gruppi alchilici possono sostituire gli atomi di idrogeno per dare diversi tipi di carbocationi. A seconda del numero di tali sostituenti alchilici, i carbocationi possono essere classificati come carbocationi primari, secondari e terziari.

La

ramificazione alchilica stabilizza il carbocatione attraverso l'effetto induttivo e l'iperconiugazione.

L'effetto è induttivo quando i sostituenti alchilici che rilasciano elettroni donano densità elettronica al centro positivo del carbonio attraverso legami σ, stabilizzando così il carbocatione.

L'aumento della sostituzione alchilica aumenta l'effetto induttivo nei carbocationi, che di conseguenza aumenta la stabilità dei carbocationi.

La stabilità è ulteriormente migliorata attraverso l'iperconiugazione, che comporta la sovrapposizione tra l'orbitale p vuoto del carbonio e un orbitale sp³ riempito opportunamente allineato di un gruppo alchilico.

Con l'aumentare del numero di gruppi alchilici, l'effetto dell'iperconiugazione aumenta e, con esso, aumenta anche la stabilità dei carbocationi.