Stabilität und Reaktivität von Carbokationen

Die Stabilität von Carbokationen nimmt von primär>sekundär>tertiär zu. Die Stabilität steigt mit der Anzahl der benachbarten Kohlenstoffatome. Tertiäre Carbokationen mit den maximal möglichen drei Alkylsubstituenten sind daher am stabilsten.

Abbildung 1: Stabilitätsordnung der Carbokationen

Dieser stabilisierende Effekt entsteht durch Hyperkonjugation, die durch die Abgabe von Elektronen aus C-H-Sigma-Bindungen in das leere pi-Orbital des Carbokations eine Stabilisierung erzeugt.

Carbokationen können auch durch benachbarte C-C-Doppel- und -Dreifachbindungen stabilisiert werden, da die Überlappung zwischen dem leeren p-Orbital der Carbokation und benachbarten p-Orbitalen der C=C-pi-Bindung eine Verteilung der Ladung auf mehrere Atome ermöglicht. Dieser Effekt wird als Delokalisierung bezeichnet.

Abbildung 2: Durch benachbarte C=C-Mehrfachbindungen stabilisierte Carbokationen

Dieser Stabilisierungseffekt lässt sich durch das Zeichnen von Resonanzstrukturen veranschaulichen, bei denen sich die Ladung von Atom zu Atom bewegt.

Abbildung 3: Durch Resonanz stabilisierte Carbokationen

Carbokationen können auch durch benachbarte freie Elektronenpaare stabilisiert werden, die dem elektronenarmen Carbokation ein Elektronenpaar abgeben können.

Abbildung 4: Durch freies Elektronenpaar stabilisiertes Carbokation

Denk daran, dass dies normalerweise zur Bildung einer Doppelbindung (pi-Bindung) führt und die Ladung zu dem Atom wandert, das das freie Elektronenpaar abgibt. Diese Art der Stabilisierung wird oft als „Pi-Rückbindung“ bezeichnet.

Abbildung 5: Resonanzzeichnung von durch freie Elektronenpaare stabilisierten Carbokationen