カルボカチオン

求核置換反応では、炭素と脱離基との間の結合の不均一分解開裂が起こると、脱離基は電子対を一緒に取り、炭素中心に正電荷を帯びます。この電子が不足している基質をカルボカチオンと呼びます。

カルボカチオンでは、炭素原子は3つのσ結合の形で6つの電子に囲まれており、それぞれが互いに120°の角度で配置されています。炭素は、三方晶平面形状と非混成空p軌道と共成したsp²です。

炭素の空軌道は、異なる求核剤からの電子を容易に受け入れることができるため、カルボカチオンは化学反応において強力な求電子剤として作用します。

最も単純なカルボカチオンは、3つの水素原子が電子不足の炭素原子に結合しているメチルカチオンです。

アルキル基は水素原子を置換して、さまざまな種類のカルボカチオンを与えることができます。このようなアルキル置換基の数に応じて、カルボカチオンは第一級、二級、および第三級のカルボカチオンに分類できます。

アルキル分岐は、誘導効果と超抱合を通じてカルボカチオンを安定化させます。

この効果は、電子放出性アルキル置換基がσ結合を介して正の炭素中心に電子密度を供与し、それによってカルボカチオンを安定化させるときに誘導性があります。

アルキル置換が増加すると、カルボカチオンの誘導効果が増大し、その結果、カルボカチオンの安定性が向上します。

安定性は、炭素の空のp軌道とアルキル基の適切に整列した充填されたsp3軌道との間の重なりを含む超共役によってさらに強化されます。

アルキル基の数が増えると、超結合の影響が増大し、それに伴ってカルボカチオンの安定性も増大します。