Estabilidade dos carbocátions

Explicação da sequência de estabilidade dos carbocátions.

Carbocátions são íons químicos orgânicos caracterizados pela presença de um átomo de carbono com carga positiva unitária ou parcial.

Carbocátions exibem uma ampla faixa de estabilidade.

Cicloheptatrienilcation (tropylium) é um carbocátion excepcionalmente estável que pode ser isolado e estudado.

Na verdade, é um carbocátion altamente estabilizado por ressonância.

Na outra extremidade está o cátion metil (CH₃⁺) que é tão instável que nunca foi demonstrado ser um intermediário em qualquer reação química comum. Entre esses dois extremos existe um amplo espectro de carbocátions, alguns dos quais podem ser isolados, outros apenas se destacam, mas não isolados, e outros só podem ser produzidos em condições extremas.

tropílio

Ordem de Estabilidade de Carbocátions de Alquil

A ordem de estabilidade dos carbocátions de alquila é a seguinte:

A estabilidade dos carbocátions é explicada em termos de dois efeitos:

• efeito indutivo;
• efeito de hiperconjugação.

Um efeito indutivo pode ser observado quando as ligações unem átomos com eletronegatividade diferente. Considere o efeito de substituir um metil por um hidrogênio de um carbocátion.

Se um grupo metil está ligado a um carbono carregado positivamente, há um deslocamento de elétrons do carbono metil para o carbono carregado positivamente, pois este último é mais eletronegativo.

O resultado é que a presença do grupo metil tem um efeito estabilizador substancial no carbocátion positivo.

É claro que quanto maior o número de grupos metil ligados ao carbono carregado positivamente, maior a estabilidade do carbocátion.

O segundo efeito importante, que leva à estabilização de um carbocátion ligado a um grupo alquila, é chamado de hiperconjugação. Por exemplo, o propeno é estabilizado pela seguinte ressonância (hiperconjugação):

No entanto, esta ressonância não é muito eficaz, uma vez que as formas iônicas possuem uma ligação covalente a menos que a estrutura original.

No entanto, para um carbocátion alquil-substituído pode-se também escrever formas de ressonância que têm o mesmo número de ligações covalentes em relação à estrutura original. Neste caso falamos de hiperconjugação isovalente. A hiperconjugação isovalente é claramente de maior importância do que a hiperconjugação sacrificial na estabilização de carbocátions de alquila.

A estabilidade dos carbocátions de alquila resulta do efeito indutivo ou da hiperconjugação?

A resposta é que ambos os efeitos são importantes e, como ambos funcionam da mesma maneira, é difícil distingui-los. A teoria diz que eles devem ser de importância comparável.

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