Formação de carbocação, características, tipos, estabilidade

A Carbocation, Como o nome indica, é um íon orgânico que possui um átomo de carbono carregado positivamente, que é caracterizado por ser altamente instável, existente por um curto período de tempo. Geralmente é um intermediário em reações orgânicas, ou seja, se origina como etapas indispensáveis ​​dos respectivos mecanismos moleculares.

Historicamente, houve pontos de conflito na compressão do que é o carbocalização. Isso ocorre porque existem sinfinas de moléculas reativas que, por algum motivo ou outro, adquirem uma carga positiva em um de seus carbonos. Carbocalização clássica, por assim dizer, é aquela que pode ser representada pela fórmula geral da imagem abaixo.

Fórmula geral de um carbocalização. Fonte: Gabriel Bolívar.

Observe como a carga positiva está localizada exatamente no átomo de carbono e também não tem um link. Portanto, o carbocalização é de elétrons ruins, sendo essa a causa de sua alta reatividade.

Suponha que metano, CHO₄. Se o carbono perdesse um de seus átomos de hidrogênio, estaríamos eliminando uma das quatro ligações C-H. Então o carbocalização de metila originou, CH₃⁺, que poderíamos representar apenas colocando os átomos de hidrogênio nas extremidades das faixas da fórmula superior. O ch₃⁺ É o mais simples de todas as carbocações.

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Treinamento

Como as carbocações são formadas? A resposta é encontrada nos mecanismos de reações. No entanto, a grande participação da maioria em comum um dos dois aspectos a seguir:

-Ruptura heterolítica

-Adição de elétrons π a um eletrofilo

Ruptura heterolítica

Na ruptura heterolítica da ligação C-G, sendo G qualquer átomo ou grupo, é quebrado de maneira desigual: os elétrons da ligação são deixados G, enquanto o átomo de carbono adquire uma carga positiva. Por exemplo:

Pode atendê -lo: arsênico: história, estrutura, propriedades, usos Ruptura heterolítica na desidratação de tercutanol. Fonte: Gabriel Bolívar.

Agora, essa ruptura pode ser dada para vários métodos, que por sua vez mudarão o mecanismo e a reação considerados.

Adição de elétrons π a um eletrofilo

O outro processo pelo qual um carbocação é formado, sendo muito comum em alcenos e compostos aromáticos, é atacando elétrons de uma ligação dupla a um eletrofilo. Os casos mais comuns são a hidrogenação dos alcenos pela ação de um ácido:

Reação de HCl com o Prono para formar um carbocalização como intermediário. Fonte: Gabriel Bolívar.

Esta equação corresponde à formação de carbocalização, que é um intermediário, Não é um produto. Os elétrons de ligação dupla atacam hidrogênio HCl, o eletrofilo. O hidrogênio é adicionado ao carbono à direita da ligação dupla, de modo que o grupo -Ch é formado₃, Enquanto o carbono à esquerda adquire a carga positiva.

Caracteristicas

Hibridação

A fórmula geral apresentada no início revela uma geometria plana trigonal em torno do átomo de carbono. Isso se deve à hibridação sofrida por orbitais atômicos de carbono para se tornarem orbitais híbridos de SP², que são separados em um ângulo de 120º. Embora não esteja representado, o carbocalização tem um orbital p Puro e vazio, capaz de aceitar elétrons.

Acidez

Carbocation é uma espécie ácida, de acordo com a definição de Brönsted ou Lewis. Seus elétrons de demanda positiva de carga ou átomos de hidrogênio que são dados. É por esse motivo que as carbocações não podem ser formadas em mídia muito básica, pois eles reagiriam imediatamente a originar outros produtos.

Estabilidade

A hibridação sp² de carbocação torna vulnerável a ataques de espécies ricas em elétrons. Este recurso é ainda mais acentuado por sua grande acidez. Consequentemente, a carbocação é uma espécie muito reativa, que dificilmente é formada e em breve (em uma questão de nanossegundos) reage para dar origem ao verdadeiro produto da reação química.

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Tipos de carboca

Existem vários tipos de carbocações. No entanto, eles podem ser classificados da seguinte maneira:

-Primário

-Secundário

-Terciário

-Aromático ou arilos

-Vinil e alílico

Primário

Carbocações primárias. Fonte: Gabriel Bolívar via Molview.

As chegadas mostram exemplos de carboca -primas. Eles são chamados assim porque a carga positiva está em um carbono primário, 1º, por isso só está ligado a um átomo de carbono. Etano, cap₃CH₃, Quando um h perde qualquer um de seus fins, carbocalocatia₃CH₂⁺ qualquer ⁺CH₂CH₃.

Secundário

Carbocações secundárias. Fonte: Gabriel Bolívar via Molview.

Em carbocações secundárias, a carga positiva está localizada em um carbono secundário, 2º, que está ligado a dois átomos de carbono. Por exemplo, se o propano, Cho₃CH₂CH₃, Tomamos um h do carbono central, teremos o carbocation Cho₃CH₂⁺CH₃.

Terciário

Carbocações terciárias. Fonte: Gabriel Bolívar via Molview.

Em carbocações terciárias, a carga positiva está localizada em um carbono terciário, 3º, ligado a três átomos de carbono. Observe que, diferentemente dos dois primeiros tipos de carboca, eles não têm átomos de hidrogênio.

Assim, temos metilpropano ou isobutano, CH (CH (Escolha₃)₃, Que, perdendo um hidrogênio, o carbono central forma carbocação ⁺C (cap₃)₃.

Aromático

Benzeno Carbocat. Fonte: Gabriel Bolívar.

Carbocações aromáticas ou aromáticas são talvez as mais especiais de todas. Seu treinamento é muito semelhante ao descrito para alcenos na primeira seção.

Neles, a carga positiva está localizada, em princípio, em um dos carbonos de um anel aromático, como o benzeno. No entanto, a carga positiva não é fixa, mas é dispersa em outras posições do anel por ressonância.

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É assim que a carga positiva, como visto acima, passa de um carbono para outro dentro do anel benzeno. Essa característica dá a este carbocalização grande estabilidade contra os outros tipos de carbocações.

Alílico e vinil

Carbocalização de alílicos e vinil. Fonte: Gabriel Bolívar.

Outros tipos especiais de carboca são alilic e vinil. A diferença entre eles (acima) é a posição da carga positiva relacionada à ligação dupla.

Na carbocação de vinil, a carga positiva é encontrada em um dos carbonos de ligação dupla; Enquanto estiver em carbocação allyic, a carga positiva está localizada no carbono após a ligação dupla. É o suficiente para substituir hidrogênios por outros grupos e teremos uma enorme família de carboca -allyic e vinil.

Estabilidade relativa

Sabendo quais são os principais tipos de carboca, eles podem ser ordenados com base em sua relativa estabilidade:

Vinil < Primario < Secundario < Alílico < Terciario < Aromático

Agora, pode haver carbocações alic que são mais estáveis ​​do que um terciário específico. Tudo vai depender de seus substituintes.

Por que essa estabilidade? À capacidade da molécula de dispersar ou reduzir a carga positiva de carbocação. Para fazer isso, você precisa de átomos próximos que dêem parte de sua densidade eletrônica de carbocalização por hiperconjugação. Enquanto isso, em carbocações alumics e aromáticas, isso é alcançado pela ressonância.

No caso de carbocalização de vinil, a carga positiva está localizada em um carbono que já era SP², O que o torna muito instável.

Referências

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