Karbanioni

Karbanioni on orgaaninen anioni, jolla on parillinen määrä elektroneja ja negatiivinen varaus ja vapaa elektronipari hiiliatomilla. Karbanionia voidaan pitää vastaavan hiilivedyn konjugaattiemäksenä.^[1] Karbanioneja esiintyy eräissä reaktioissa reaktiivisina välituotteina.^[2][3]

Karbanionien yleinen rakenne

Rakenne ja ominaisuudet

Karbanionin rakenne riippuu hiiliatomin hybridisaatiosta ja konjugaatiosta muiden ryhmien välillä. Useimpien yksinkertaisten alkyylikarbanionien rakennetta ei ole pystytty vielä selvittämään, mutta ne ovat todennäköisimmin sp³-hybridisoituneita ja rakenteeltaan tetraedrisiä. Metyylianionin rakenne kaasumaisessa olomuodossa on kuitenkin selvitetty ja tämä karbanioni on sp³ -hybridisoitunut ja rakenteeltaan tetraedri. Eräät konjugoituneet karbanionit ovat rakenteeltaan tasomaisia. Karbanionin stabiilius riippuu negatiivisen varauksen omaavan hiilen hybridisaatiosta. Stabiilius pienenee järjestyksessä sp³-hybridisaatio > sp²-hybridisaatio > sp-hybridisaatio. Myös hiiliatomin substituutioaste vaikuttaa stabiiliuteen: primääriset karbanionit ovat stabiileimpia, tertiääriset vähiten. Substituution merkitys on kuitenkin vähäisempää kuin karbokationeilla.^[3][2]

Karbanionin stabiiliuteen vaikuttavat myös muut rakenteelliset seikat. Resonanssimuodot voivat stabiloida karbanioneja ja näin on esimerkiksi enolaattien ja allyylisten sekä bentsyylisten karbanionien tapauksessa. Myös eräät aromaattisen karbanionit ovat suhteellisen stabiileja. Muita karbanioneja stabiloivia tekijöitä ovat läheiset elektroneja puoleensavetävät elektronegatiiviset ryhmät kuten nitroryhmä, tai karbonyyliryhmä tai viereinen fosfori- tai rikkiatomi. Fosfori- ja rikkiatomin aiheuttaman stabiloinnin mekanismia ei täysin tunneta ja aikaisemmin arveltiin tämän johtuvan rikin ja fosforin tyhjän d-orbitaalin ja hiilen vapaan elektroniparin välisistä vuorovaikutuksista.^[2][3]

Karbanionit ovat emäksisiä ja nukleofiilisiä yhdisteitä. Ne reagoivat muun muassa nukleofiilisellä substituutiolla, erityisesti S₂N-mekanismilla, ja additioreaktioilla.^[3][2] Karbanioni on välituote myös E1cB-mekanismilla tapahtuvissa eliminaatioreaktioissa.