Carbokation

Struktur des Carbokations

Als Carbokation bezeichnet man in der organischen Chemie ein positiv geladenes Kohlenstoffatom, das Bestandteil eines Kohlenwasserstoff-Moleküls ist. Bei diesen Molekülen unterscheidet man zwischen den klassischen, die drei Substituenten gebunden haben, und den nichtklassischen Carbokationen, die fünf Bindungen ausbilden.

Die einen werden als Carbeniumionen, einem Kation mit einem dreifach koordinierten Kohlenstoffatom (⁺CR₃; R steht für einen organischen Rest), bezeichnet, die anderen nennt man Carboniumionen, einem Kation mit einem fünffach koordiniertem Kohlenstoffatom (z. B. ⁺CR₅). Der Begriff der Carbokationen wurde von George A. Olah eingeführt.

Carbeniumionen kommen in der organischen Chemie als Zwischenprodukte bei sogenannten S_N1-Reaktionen und bei E₁-Reaktionen vor. Reaktionen mit S_N1-Mechanismus gehören zu den nucleophilen Substitutionen, Reaktionen mit E₁-Mechanismus gehören zur Klasse der Eliminierungsreaktionen. Carbeniumionen sind sp²-hybridisiert und somit trigonal-planar.

Der nukleophile Angriff erfolgt auf das leere p_z-Orbital des Kohlenstoffes. Dieses steht senkrecht (im rechten Winkel) zu den 3 Hybrid-Orbitalen, wodurch ein weiterer Substituent von oben oder auch von unten angreifen kann. Im Allgemeinen laufen S_N1-Reaktionen daher nicht stereoselektiv ab. Ein Carbeniumion ist ein dreibindiger Kohlenstoff, der ein Elektronensextett besitzt. Nach der Anzahl der organischen Reste unterscheidet man primäre (+CH₂R), sekundäre (+CHR₂) und tertiäre Carbeniumionen (+CR₃). Die Stabilität der Carbokationen nimmt durch so genannte I-Effekte und Hyperkonjugation mit der Anzahl der Reste von primär zu tertiär zu.

Literatur

Armin de Meijere: Neues über Carbokationen, Chemie in unserer Zeit, 9. Jahrg. 1975, Nr. 2, S. 35-42, ISSN 0009-2851