Stabilità dei carbanioni

La stabilità dei carbanioni è influenzata dall’effetto induttivo, dalla risonanza e dal carattere s degli orbitali.
Quando in un composto organico, si ha la scissione eterolitica del legame tra un atomo di carbonio legato ad un atomo meno elettronegativo si ha la formazione di un carbanione come nell’esempio riportato in figura:

I carbanioni sono pertanto specie altamente reattive che agiscono sia da nucleofili che da basi. Il carbonio che reca la carica negativa è ibridato sp³con una struttura tetraedrica con il carbonio al centro, i tre gruppi R situati ai vertici del tetraedro essendo il quarto vertice occupato dal doppietto elettronico.

Effetto induttivo e stabilità dei carbanioni

I gruppi che hanno un effetto induttivo +I diminuiscono la stabilità del carbanione quindi indicando con R un gruppo alchilico i carbanioni hanno il seguente ordine di stabilità relativa:

L’effetto induttivo +I dei gruppi alchilici è dovuto al fatto che nel legame C-H l’idrogeno ha una parziale carica positiva e il carbonio una parziale carica negativa stante la differenza di elettronegatività tra carbonio e idrogeno.

Pertanto ogni atomo di idrogeno agisce come donatore di elettroni. In un gruppo CH₃– vi è una donazione cumulativa e quindi tale gruppo agisce da donatore di elettroni; se tale gruppo è legato a un carbanione che già di per sé ha una carica negativa agisce da destabilizzante.

Quanto maggiore è il numero di gruppi alchilici legati al carbocatione tanto più su di esso grava un’intensità di carica negativa e quindi esso sarà meno stabile e più reattivo.

Al contrario elettronattrattori come gli alogeni che esercitano un effetto induttivo –I stabilizzano il carbanione.

Risonanza

I carbanioni hanno una maggiore stabilità se sono stabilizzati per risonanza come nel caso del carboanione allilico:

CH₂^—CH=CH₂

Particolarmente stabili sono i carbanioni in cui al carbonio che ha la carica negativa è legato un gruppo fenilico:

L’ibridazione del carbonio a cui è legato un carbocatione ne influenza la stabilità: la carica negativa è stabilizzata procedendo dall’ibridazione sp³ in cui la percentuale del carattere s è del 25% all’ibridazione sp.

Pertanto un carboanione come HC≡C^– legato a un carbonio ibridato sp in cui la percentuale di carattere s è del 50% è più stabile rispetto a un carbanione come H₂C=CH^– in cui il carbanione è legato a un carbonio ibridato sp² in cui la percentuale di carattere s è del 33%.

L’ordine di stabilità relativa dei carbanioni legati ad atomi di carbonio con diversa ibridazione è quindi:
CH₃-CH₂^– < H₂C=CH^– < HC≡C^–