奥赛有机化学专题讨论 碳正离子、碳负离子和碳自由基的结构与稳定性
碳正离子的构型与稳定性
碳正离子的构型与稳定性学院: 食品工程与生物技术学院学号: 14144107姓名: 田永明碳正离子的构型与稳定性食品工程与生物技术学院 14144107 田永明摘要:在自然界中存在着许多有机化合物，它们每时每刻都在发生着变化，而许多的反应都是多步完成的。
在这些过程中存在着一个或多个活性中间体。
论证这些活性中间体存在及它们的结构是研究有机反应机理的重要环节。
由于有机化合物发生的反应不同，化学键断裂方式也不同，它们的活性中间体也不同，其中最多的活性中间体有碳正离子、碳负离子、自由基、碳烯、苯炔等。
碳正离子是有机化学反应过程中产生的活性中间体，它的稳定性及立体构型甚至直接决定着化学反应产物的产生速度和产率。
然而活性中间体碳正离子的寿命是极其短暂的，一个反应机制的主要内容就是说明一个中间体的形成和消灭的过程，活性中间体的形成和消灭的过程也就是一个反应的反应机制，因而得到这些活性中间体的证据及碳正离子稳定性理论，成为研究有机反应机制的一个重要重要成果。
对于碳正离子的存在和结构确定碳正离子的生成、碳正离子的稳定性及对反应的影响很有意义。
可以更加深化碳正离子存在的反应的机理，就有利于碳正离子的稳定性的原理的应用及指导有机合成路线的选择和设计。
关键词:碳正离子;稳定性;碳正离子的反应类型;一、碳正离子1、碳正离子是带有正电荷的含碳离子，是一类重要的活性中间体，可用R3C+表示(R为烷基)。
碳正离子及其反应于20世纪20年代由C(K(英戈尔德等提出的。
碳正离子可以认为是通过共价C-C单键中一对电子的异裂反应而产生。
2、碳正离子的结构碳正离子带有正电荷，其结构是由其本身所决定的，碳正离子的中心碳原子为三价，价电子层仅有六个电子，根据杂化轨道理论，其构型有两种可能:一种是中心碳原子处于sp3杂化状态下的角锥构型，另一种是中心碳原子处于sp2杂化状态下的平面构型(见下图)在这两种构型中，以平面构型比较稳定，这一方面是由于平面构型中与碳原子相连的三个基团相距最远，空间位阻最小;另一方面是sp-杂化的s成份较多，电子更靠近于原子核，也更为稳定;再一方面空的p轨道伸展于平面两侧，便于溶剂化。
碳正离子
用超酸甚至可以从非极性化合物如烷烃中， • 夺取H-而生成碳正离子。 • 1.3.2 间接离子化 • 对于不饱和体系，可通过支子或其它带正电荷
的原子团或Lewis 酸的加成来产生碳正离 其它方法 • 如偶氮正离子脱去 N2 生成碳正离子。
均裂：R:R 异裂：R:R
2R· R:- + R+
自由基的电子构型和稳定性
• 与饱和碳原子相连，为sp2或sp3杂化。
– 甲基自由基： sp3杂化 – 伯、仲烷基自由基： 接近sp2杂化 – 叔烷基自由基： 接近sp3杂化
• 与不饱和碳原子相连，为sp2杂化。 • 处于共轭体系的自由基，为sp2杂化。 • 自由基稳定顺序为：苄基、烯丙基>三级
1 碳正离子
碳正离子化学是有机化学非常重要的组成部分， Olah由于发现在超强酸中稳定存在的碳正离子， 获得了1994年的诺贝尔化学奖。
一般是sp2杂化，中心原子以三个 sp2杂化轨道和三个原子成键，三 个键轴构成平面，空着的p轨道垂 直于平面，正电荷集中在p轨道上。
2 碳正离子的形成
• 2.1反应物直接解离
在起E1反应的同时，生成的碳正离子可以发生重排，形成 更稳定的碳正离子再消去β-氢（E1）或与亲核试剂作用（SN1）
4.与烯烃加成生成更大的碳正离子
卤素,氢卤酸，水、硫酸、有机酸、醇、 酚,次卤酸与烯烃加成
• 5.从烷烃上消去一个H •
6. 重排反应，如Wagner-Meerwein重排，Demyanov 重排， 生成更稳定的碳离子
备某些烯烃等的一种重要方法。阳 • 离子聚合可以制备很多有用的高分子材料，但起反应
有机化学2-1——碳正离子和自由基化学
电子云模型 （现代模型）
1926年，奥地利学者薛定谔在德布罗意关系式的基础上， 对电子的运动做了适当的数学处理，提出了薛定谔方程 式。这个方程式的解用三维坐标图形来表示，就是电子 云。
电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，对于具有波粒 二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不 能同时测准（海森堡）。
碳原子的成键与断键
20
碳原子的断键方式
21
CX Y
C
碳正离子 （sp2杂化）
碳自由基 （sp2杂化）
碳负离子 （sp3杂化）
活性中间体
H
C
H
carbene
碳卡宾 （sp2和sp杂化）
碳正离子
22
定义：带有正电荷的含碳离子（carbocation），配位数为3。
可能构型：常见的是中心碳原子处于sp2杂化状态下的平 面构型；还有一种是中心碳原子处于sp3杂化状态下的角锥 构型。
葡萄干蛋糕模型 （1903英国-汤姆逊）
行星模型 （1911英国-卢瑟福）
根据α粒子对金箔的散射实验，提出了原子结构 的行星模型：认为原子的正电荷集中在原子中心 一个很小的核内。也就是说电子像太阳系的行星 围绕太阳转那样，围绕着原子核旋转。
存在问题：绕核旋转的电子会发射出电磁辐射而 损失能量，瞬间便掉进原子核里。
核外电子排布
13
碳原子的电子排列
14
K (s), L (s, p), M (s, p, d), N (s, p, d, f), O, P, Q
L K
1s2
2s2 2p2
2p2 2s2
碳原子的成键方式
15
电子配对法：原子间相互接近轨道重叠，原子间共用自 旋相反的电子对使能量降低而成键。
大学有机化学中碳正离子稳定性的探讨
大学有机化学中碳正离子稳定性的探讨作者：王丽娜杨高洁王晨来源：《教育教学论坛》2017年第07期摘要：本研究针对大学有机化学课本中关于碳正离子稳定性相关知识的不完善之处，通过理论计算方法定量分析各种碳正离子的稳定性。
在计算结果的基础上，研究和探讨了不同结构的碳正离子，并与课本相关理论知识进行联系和对比，帮助大学生学习有机化学课本中与碳正离子相关的内容。
关键词：碳正离子稳定性；烃基；杂原子；环张力；ΔGr中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）07-0209-02一、前言碳正离子是一种带一个单位正电荷的不稳定粒子，最外层有6个电子。
经典碳正离子是平面结构，碳为sp2杂化。
大学有机化学中，亲电加成、卤代烷SN1取代、苯环亲电取代、频哪醇重排等反应中皆涉及碳正离子。
所以重点把握碳正离子知识，对深入理解相关反应机理至关重要。
当前通用的大学有机化学相关教科书、参考书中，关于碳正离子内容存在不足之处，主要有以下两点：书中仅讨论甲基、1°、2°、3°碳正离子及烯丙基、苄基碳正离子的稳定性顺序。
如《有机化学（邢其毅）》[1]关于碳正离子的内容中，只简要解释了超共轭影响：因σ-p超共轭作用，碳正离子稳定性为3°>2°> 1°>CH3+。
虽单独提到烯丙基和苄基碳正离子稳定性，却未提到烃基、杂原子等对碳正离子稳定性的影响。
此外，大部分书仅从定性分析角度讨论碳正离子稳定性，如《有机化学（贺敏强）》[2]中只用p-π共轭效应理论解释苄基、烯丙基这两个1°碳正离子比普通的1°碳正离子稳定原因，未作定量解释；书中提到苄基、叔丁基碳正离子比异丙基碳正离子稳定，却未比较这两者的稳定性；又如《有机化学（徐建明）》中只提到烯丙基碳正离子因p-π共轭效应稳定，炔丙基碳正离子也有这种作用，而书中没有两者比较。
浅谈有机化学反应中的活性中间体
浅谈有机化学反应中的活性中间体王敏 2005110031 西北大学化学系化学专业摘要：有机反应活性中间体在有机化学中占有极其重要的地位。
本文简要的介绍了基础有机化学反应中涉及到的几种反应活性中间体——碳正离子、碳负离子和自由基。
关键词：活性中间体，碳正离子，碳负离子，自由基学习《有机化学》有一学期了，我个人觉得有机化学反应的机理非常有趣，现抽空将所学的有机化学反应机理里牵扯的一些活性中间体介绍给大家，希望能对大家以后的学习有所帮助。
研究反应机理时，需要用一组基元反应来解释反应过程。
要用几个基元反应才能描述整个反应过程的反应称为复杂反应，在这些反应中常经过一个或多个基元反应才能形成反应活性中间体，然后再经过一个或者几个基元反应达到最终产物。
在复杂反应中，沿着反应坐标常出现多个最高能垒，在每两个能垒之间有一个最低能垒，具有这种最低能垒的结构及称为反应活性中间体。
有机反应中的机理大多是分步进行的，在这些反应过程中常生成经典碳正离子、碳负离子、自由基等活性中间体。
下面就对以上几种活性中间体进行简单的描述。
1、 碳正离子1.1、碳正离子的结构碳正离子的中心碳原子为sp 2杂化，中心碳原子即与其相连的三个原子在同一平面内，在与平面垂直的方向，有一个空的p 轨道，如下图：C 23R 1NuC 2R R 1NuSP 2平面结构1.2、经典碳正离子是有机反应中的重要中间体。
S N 1亲核取代反应、双键亲电加成、芳香亲电取代反应等都能生成碳正离子中间体。
以下分几种情况对碳正离子的生成进行介绍。
1.2.1、当取代中心为叔碳原子时，易于形成碳正离子，按S N 1机理进行反应。
例如反应：CH 3C Br CH 3CH 3NaOH H 2OK CH 3CH 3CH 3C Br CH 3C OH CH 3CH 3NaBr+ν=+其反应机理为： BrCH 3C CH 3CH 3Br C Br CH 3CH 3CH 3CH 3C CH 3CH 3OH CH 3C CH 3CH 3CH 3C CH 3CH 3OH CH 3C CH 3CH 3OH 第一步慢过渡态1中间体+第二步+快过渡态2δδδδ1.2.2、在双键与卤化氢的加成反应中必须先生成碳正离子中间体，才能生成重排产物，例如对反应:CH 3C CH 3CH 3CH CH 2HClCH 3C CH 3CH 3CHCH 3Cl CH 3C Cl CH 3CH CH 3CH 3+17%83%CH 3C CH 3CH 3CH 3C CH 3CH 3CH CH 3ClCH 3C CH CH 3CH CH 3Cl CH 3C Cl CH 3CH CH 3CH 383%CH 3C CH 3CH 3CHCH 3Cl 17%重排主要产物为后者，这是因为反应过程中生成的仲碳正离子通过甲基的迁移，重排成了更稳定的叔碳正离子。
有机化学碳正离子稳定性比较
有机化学碳正离子稳定性比较
有机化学的碳的正离子稳定性是一个重要的研究课题。
有机物的碳的正离子稳定性是指由碳原子构成的有机物所形成的正离子的稳定性。
碳的正离子稳定性可以用来推断有机物的各种性质和反应性，从而为化学家研究有机物提供重要的实验帮助。
研究显示，碳的正离子稳定性主要受结构、电负性和碳上共价键得稳定性等三项因素的影响。
首先，碳分子结构的形式对碳正离子稳定性有着较大的影响。
简单地说，碳的正离子稳定性会随着碳的分子结构变得复杂而下降。
其次，化学家发现电负性与碳的正离子稳定性也有关系。
碳的正离子稳定性会随着电负性越来越强烈而上升。
最后，碳上存在的共价键也是影响碳的正离子稳定性的重要因素，这是因为原子之间存在共价键能够抵消碳的正离子的电荷，使得碳的正离子更加稳定。
除了以上三项因素外，环烃类有机化合物的碳的正离子稳定性还会受反应物的多环数量的影响。
一般情况下，环烃有机物形成的正离子的稳定性随着其中多环数量的增加而增强，同时也受到碳分子结构的影响。
对于双环烃类有机物，例如苯、芴等类，形成正离子的稳定性都比单环烃类有机物更高。
总之，碳的正离子稳定性是由多种因素共同作用而产生并影响有机物性质和反应性的。
碳正离子稳定性会受到分子结构、电负性和碳上共价键得稳定性以及环烃类有机化合物的多环数量等三个因素的影响，因此，要想研究碳的正离子稳定性，必须将这三个因素考虑到研究中。
奥赛有机化学专题讨论 碳正离子、碳负离子和碳自由基的结构与稳定性
碳正离子、碳负离子和碳自由基的结构与稳定性
在有机反应过程中，成键的碳原子由于共价键的断裂方式不同可以形成带有正电荷、负电荷或一个未成对电子的碳原子，这些碳原子分别被称为碳正离子（carbon cations）、碳负离子（carbon anions）或碳自由基（carbon radicals）。
实验事实表明碳正离子和碳自由基具有平面结构，而碳负离子则呈角锥状，因此杂化轨道理论指出在碳正离子和碳自由基中，碳原子都采用sp2杂化方式，并使用3个sp2杂化轨道形成3个σ键，形成一个平面的分子。
不同的是，在碳正离子中，2p轨道上没有电子，而在碳自由基中，2p轨道上有一个单电子。
碳负离子的结构与碳正离子或碳自由基不同，因为带负电荷的碳原子最外层有3对成键电子和1对未成键电子，这样的4对电子需要采取相互远离的方式排列，因此碳负离子采用sp3杂化轨道成键，未成键电子对与3个共价键形成一个四面体结构。
碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构对比如下图所示。
碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构与稳定性直接受到与之相连接的基团的影响。
它们稳定性的一般规律如下：
（1）苄基型或烯丙型一般较稳定；
（2）碳正离子或碳自由基是：3°＞2°＞1°；
（3）碳负离子则是1°＞2°＞3°。
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第三章碳正离子解读
OH
H3C
CH3
CH3
2) 烯烃的亲电加成反应
H3C CH CH
H3C
CH2 + HCl
H3C
+
CH CH CH3
H3C
重 排 H3C + C CH2 CH3
- H3C
Cl
H3C
CCl CH2 CH3 H3C
CH3 C OH CH3
3) 芳香化合物的亲电取代反应
+
+ NO2
O2N H +
HSO4
NO2
China Pharmaceutical University
b) p-π共轭效应
碳正离子中心碳原子p空轨道与π电子共轭，分散正电荷， 稳定碳正离子。
+ Ph C Ph >
Ph
+
Ph C Ph > H
+ PhCH2
+
CH2
CH
CH2
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c) p-p 共轭效应
举例：
FSO3H -SbF5 -SO2
CH3CH2CH2CHOH
。
-60 C
裂 解 ，重 排
OH CH3CH2CHCH3
FSO3H -SbF5 -SO2
。
-60 C 裂 解 ，重 排
(CH3)3COH
FSO3H-SbF5 -SO2
。
-60 C
[ CH3CH2CH2CH2
OH + ]
H
+ (CH3)3C
举例： CH3-C+H2 > CH2=C+H
sp2
有机化合物中碳正离子的稳定性
有机化合物中碳正离子的稳定性
有机化合物中碳正离子的稳定性是有机化学领域的一个重要研究课题。
碳正离子是一种带有正电荷的成环类型碳分子，其化学结构表现为带有六个或八个原子的碳环，且有些化合物带有手性基团，在有机化学中有着重要的意义。
碳正离子的稳定性与它们的环结构有很大的关系，这些环结构可以分为拓扑型(aryl)和系列型(alkyl)。
拓扑型碳正离子容易形成桥形取代基团，因此他们更加稳定，而系列型则易形成直接取代的基团，稳定性更弱。
在碳正离子的拓扑结构中，C-C单键的取代考虑需要对对转录比较敏感，它们的稳定性被显著改变。
还要注意的是，C-N单键的取代可以有效的改变碳正离子的稳定性。
此外，手性机制也是碳正离子稳定性的重要因素，其中正离子由2个碳立体同构基构成，而负离子由三个碳立体同构基组成，能够参与极性相互作用；此外，碳正离子稳定性还受到官能团所提供的协助及稳定性的影响。
通常的，大多数的官能团都能够提供选择性的稳定，从而直接影响碳正离子的稳定性，比如一些碱性官能团，氟原子等。
其实，碳正离子的稳定性可以通过其他一些因素也能影响，比如气压等，因此，对于碳正离子的稳定性，自然也时不常变的，研究者应注意到碳正离子的变化，从而更好的为有机化学发展提供基础。
例讲奥赛考点--碳正离子的产生及稳定性比较
例讲奥赛考点--碳正离子的产生及稳定性比较
唐生岳
【期刊名称】《高中数理化》
【年(卷),期】2022()20
【摘要】化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成.有机化学反应中旧键的断裂主要有2种方式:一种是均裂形成自由基;另一种是异裂形成碳正离子(或是形成碳负离子).有机反应的机理主要包括自由基反应机理、亲电反应机理、亲核反应机理及环状过渡态的周环反应机理.
【总页数】3页(P57-59)
【作者】唐生岳
【作者单位】江苏省大丰高级中学
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.大学有机化学中碳正离子稳定性的探讨
2.浅析大学化学教学中常见碳正离子的稳定性
3.1,1-二(4-甲基苯基)乙烯的合成及其对碳正离子稳定性的影响
4.碳正离子的稳定性和反应性
5.有机化合物中碳正离子的稳定性
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碳正离子与碳负离子
H 3C
C
H
+
H
C
CH 3
sp2 - sp3 σbond
H 3C
sp2 - s σbond
CH3
+ 的轨道结构
(CH3)3C + 的轨道结构
sp2杂环
平面三角构型
空的P轨道 空的 轨道
正碳离子的稳定性： 正碳离子的稳定性：
HC
C
> CH2 CH
> CH3CH2
2) 诱导效应 3) 共轭效应
（一）.负碳离子的生成 ( ) 负碳离子的生成 1. C-H的异裂 （金属有机化合物的生成） 的异裂 金属有机化合物的生成） 2. 负离子对不饱和键的加成 (二）.负碳离子的结构 ( ) 二 负碳离子的结构 （三）.负碳离子的稳定性剑桥影响因素 负碳离子的稳定性剑桥影响因素 s-性质 性质 取代基效应 芳香性 由相邻杂原子导致的稳定性 非邻位π键的影响 非邻位 键的影响 溶剂效应
C
CH3
溶剂
正碳离子的生成： 正碳离子的生成：
1) 直接离子化
RX
Ph CH Cl Ph
H
R
通过化学键的异裂 X 而产生。 而产生。
Ph2CH
Cl
R OH
ROH2
BF3
R
H2O
CH3COF
C Z H
CH3CO
C ZH
BF4
Z: O,C,S,N
2) 对不饱和键的加成
C C
HCl
H
C C
Cl
C O
NH 2
CH3 H3C C OH CH3
碳负离子及其稳定性—有机反应机理系列52
碳负离子及其稳定性—有机反应机理系列52
碳负离子指的是含有一个连有三个基团，并且带有一对孤对电子的碳，其有两种杂化形式：sp2杂化和sp3杂化，但多数场合取sp3杂化。
1 碳负离子稳定性
影响碳负离子稳定因素主要包括诱导效应、共振效应、杂化效应、位阻效应。
（1）诱导效应
碳负离子与吸电子基团相连，如NO2、COOEt等，稳定性增加，因为吸电基的诱导效应使负电荷得到分散，碳负离子就越稳定。
与之相反，与碳负离子相连的供电基团越多，则稳定性降低。
比如稳定性CH3- > CH3CH2- >(CH3)2CH- > (CH3)3C-。
（2）共振效应
碳负离子与不饱合体系，如CH=CH2，Ar等相连时，稳定性增加，因为碳负离子可以与不饱和体系形成p-π共轭，进而将负电荷分散到整个共轭体系中（共振效应）。
如下图所示，负电荷与CH=CH2以及苯环的共振。
（3）杂化效应
当碳负离子从sp3到sp2到sp，碳负离子稳定性逐渐增加。
这是因为轨道的s特征越大，导致负电荷更紧密的保持在原子核（正电）周围，所以碳负离子更稳定。
（4）位阻效应
多数碳负离子取sp3杂化，取代基之间较为拥挤，与碳正离子的稳定性相反，随着碳负离子的取代基体积变大，分子内张力增加，稳定性降低。
当然也有例外，如与碳负离子相连的苯环增加时，虽然分子内张力增加了，但苯环与碳负离子之间的共振效应对于碳负离子稳定性的贡献要大于位阻效应，所以苯环接的越多稳定性越高。
碳正离子稳定性及其对产物影响的讨论
碳正离子稳定性及其对产物影响的讨论
碳正离子的稳定性是影响一个化学反应的重要因素，因此人们在研究分子结构时引发了很多关注。
碳正离子是一类可以独立存在的多原子元素结构，它们的稳定性取决于原子角度和官能团键的特性。
碳正离子有三种不同的结构，它们被称之为线型结构，双夹心结构和环形结构。
每种结构具有不同的稳定性，感知光谱分析可以帮助快速识别结构。
基于碳正离子的稳定性，不同类型的碳正离子可以合成出不同分子式的产物，比如根据双夹心结构，三聚体环就可以形成。
同样，环形结构可以合成循环结构且能够合成出有非常不同特性的化合物。
正是由于碳正离子的稳定性，许多各式各样的实验活性物质才能得以被合成，进而实现催化效果和药物化学效果。
因此可以看出，碳正离子的稳定性对产物影响至关重要，如果碳正离子在实验活性物质的结构构型及其稳定性上存在不利影响，那么可能就会影响化学反应的效果。
许多活性研究领域都基于研究碳正离子的稳定性，以提供更佳的合成化学反应性能。
关于有机化合物中碳正离子构型的讨论
第34卷第5期2020年9月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.34No.5Sep.2020关于有机化合物中碳正离子构型的讨论魏荣宝(天津理工大学化学化工学)，天津300384)摘要：介绍了烷基碳正离子、桥头碳正离子、非经典碳正离子、含苯基的碳正离子、乙烯基碳正离子、乙B基碳正离子的构型，并根据pK'+值和氢负离子的亲合势对P基正离子与叔丁基正离子的稳定性进行了讨论。
关键词：杂化；碳正离子;构型；氢负离子的亲合势doi:10.3969/j.issn.l008-l267.2020.05.003中图分类号：G640；TQ127.1+1文献标志码:A文章编号：1008-1267(2020)05-0006-04Discussion on carbocation configuration in organic compoundsWEI Rong-bao(School of Chemistry and Engineerings Tianjin University of Technology^Tianjin300384"Abstract：This paper introduces the alkyl carbocation,bridgehead carbocation,non-classical carbocation, benzene-containing carbocation,vinyl carbocation,acetylene-based carbocation,The stability of benzyl and t-butyl carbocationare discussed according to the affinity of hydrogen negative ions and pK R+.Key words：hybridization;carbocation;configuration;hydride affinity碳正离子是有机反应的重要活性中间体，它的稳定性及反应活性一直是研究和关注的热点[1],而碳正离子的电子构型与它的稳定性及反应活性密切相关。
碳负离子和碳正离子对比,碳负离子的稳定性,碳正离子的稳定性,自由基的稳定性
碳正离子与碳负离子的对比一、碳正离子1.碳正离子的产生碳正离子可以认为是通过C-C 单键中一对电子的异裂形成的，式中X 代表卤素。
碳正离子中带正电荷的碳原子是sp 2 杂化，三个杂化轨道呈平面排列与其他原子或基团成键，键角约为120o ，有一个垂直于此平面的空p 轨道，这个空的P 轨道与化学性质密切相关。
B碳正离子很不稳定，需要电子来完成八隅体构型，因此任何给电子的因素都能使正电荷分散而稳定，任何吸电子的因素均能使正电荷集中而更不稳定。
故而R 的共轭效应，给电子的诱导效应和立体效应，以及烷基的超共轭效应都能对碳正离子起稳定作用。
2.碳正离子的稳定性烷基有给电子的诱导效应，故带正电荷的碳上的烷基越多，给电子的诱导效应越大，使正电荷越分散而稳定。
还有超共轭效应，也使得碳正离子更稳定。
P-π共轭也能使正电荷分散而稳定，碳正离子与不饱和的烯或芳基相连时，共轭体系越多，碳正离子越稳定。
(CH 3)3C +>(CH 3)2C +H>CH 3C +H 2>C +H 3 (CH 2=CH)3C +>(CH 2=CH)2C +H>CH 2=CHC +H 2由于碳正离子中带正电荷的碳原子是sp 2 杂化，桥头碳原子由于桥的刚性结构，不形成具有平面三角形的SP 2轨道的碳正离子，即使能形成也很不稳定。
3.碳正离子的反应（1）与与亲核试剂结合：R ++Nu —→R —Nu （2）消除邻位碳上的一个质子而形成烯烃：（3）和烯烃加成形成更大的碳正离子：R 3CXR 3C+XoC +3C +2HC+H 2>>CHC+C CR ++C CC C +R（4）使芳香环烷基化：（5）重排成为更稳定的碳正离子：在有碳正离子的反应中，例如S N 1中，其反应机理如下：R 33C ++X _ R 3C ++N u 3CNu由于碳正离子的平面结构，带正电的碳原子上有一个空的P 轨道，如果该碳原子上连接着三个不同的基团，由于亲核试剂从平面两边进攻的机会相等，因而可以得到“构型保持”和“构型翻转”两种化合物如下：S N 1反应中还包含了碳正离子的另一个重要的反应—重排反应，如上面已给的图中，由一级碳正离子转变为三级碳正离子就是一个重排反应。
碳正离子的稳定性
碳正离子稳定性一碳正离子稳定性是碳正离子周围的基团越多则碳正离子越稳定。
电荷越分散，正碳离子上正电荷越小，离子越稳定。
稳定性通常用的数量增加的烷基键合到电荷轴承碳。
叔碳阳离子是更稳定（并形成更容易）比仲碳阳离子，因为它们是由稳定的超共轭。
主要碳正离子是非常不稳定的。
因此，反应如Sñ1反应和E1的消除反应通常不如果将形成伯碳正发生。
然而，双重键合有离子化的碳的碳可以稳定离子通过共振。
这些阳离子作为烯丙基阳离子，CH2= CH-CH2，和苄基阳离子，C6ħ5-CH2，比大多数其他碳阳离子更稳定。
能形成烯丙基或苄carbeniums分子是特别反应性的。
碳鎓离子，也可通过稳定的杂原子。
碳正离子的结构与稳定性直接受到与之相连接的基团的影响。
它们稳定性的一般规律如下：（1）苄基型或烯丙型一般较稳定。
（2）其它碳正离子是：3°>2°>1°。
而烯丙型，苄基型的碳正离子与二级碳正离子的稳定性比较，尚有争论。
碳正离子越稳定，能量越低，形成越容易。
碳正离子根据结构特点不同可分为：经典碳正离子和非经典碳正离子。
二碳正离子稳定性判断：碳正离子周围的基团越多则碳正离子越稳定；电荷越分散，正碳离子上正电荷越小，离子越稳定。
碳正离子的碳是SP2杂化的，其p轨道是空的，本身比较缺电子，不稳定，因此与给电子越强的基团相连越稳定。
碳正离子的结构与稳定性直接受到与之相连接的基团的影响。
它们稳定性的一般规律如下：（1）苄基型或烯丙型一般较稳定；（2）其它碳正离子是：3°\u003e2°\u003e1°；（可以用超共轭解释不同碳正离子的稳定性）碳正离子越稳定，能量越低，形成越容易。
碳正离子根据结构特点不同可分为：经典碳正离子和非经典碳正离子。
扩展资料1、碳正离子的三个SP2杂化轨道应该互成120°，当位于桥头的碳形成碳正离子时，由于桥的刚性，使得与碳相连的三个键无法满足互相成120°，因此具有张力，使碳正离子不稳定。
碳负离子
碳正离子与碳负离子的对比李文峰 学号2013301040145 化基五班摘要：碳负离子和碳负离子都是有机化学中重要的活性中间体，但两者的形成和反应机理都不尽相同。
本文大体依据《有机化学》，结合相关文献。
对二者进行两相对比增益于化学的学习。
关键词：碳正离子 碳负离子 重排 一、碳正离子碳正离子的产生碳正离子可以认为是通过C-C 单键中一对电子的异裂形成的，式中X 代表卤素。
碳正离子中带正电荷的碳原子是sp 2 杂化，三个杂化轨道呈平面排列与其他原子或基团成键，键角约为120o ,有一个垂直于此平面的空p 轨道，这个空的P 轨道与化学性质密切相关。
B碳正离子很不稳定，需要电子来完成八隅体构型，因此任何给电子的因素都能使正电荷分散而稳定，任何吸电子的因素均能使正电荷集中而更不稳定。
故而R 的共轭效应，诱导效应和立体效应，以及烷基的超共轭效应都能对碳正离子起稳定作用。
碳正离子的稳定性烷基有给电子的诱导效应故带正电荷上的碳烷基越多，给电子的诱导效应越大，使正电荷越分散而稳定。
还有超共轭效应，也使得碳正离子更稳定。
P-π共轭也能使正电荷分散而稳定，一般是碳正离子与不饱和的烯或是芳基相连时，共轭体系越多，正碳离子越稳定。
(CH 3)3C +>(CH 3)2C +H>CH 3C +H 2>C +H 3 (CH 2=CH)3C +>(CH 2=CH)2C +H>CH 2=CHC +H 2由于碳正离子中带正电荷的碳原子是sp 2 杂化，桥头碳原子由于桥的刚性结构，不形成具有平面三角形的SP 2轨道的碳正离子，即使能形成也很不稳定。
碳正离子的反应1、与与亲核试剂结合R ++Nu —一 R —Nu2、消除邻位碳上的一个质子而形成烯烃RXR 3C+XoC +3C +2HC +H 2>>3、和烯烃加成形成更大的碳正离子4、使芳香环烷基化5、重排成为更稳定的碳正离子在有碳正离子的反应中例如S N 1中，其反应机理如下R 33C ++X _R 3C ++N u 3CNu由于碳正离子的平面结构，带正电的碳原子上有一个空的P 轨道，如果该碳原子上连接着三个不同的基团，由于亲核试剂从平面两边进攻的机会相等，因而可以得到“构型保持”和“构型翻转”两种化合物如下S N1反应中还包含了碳正离子的另一个重要的反应—重排反应如上面以给的图中，由一级碳正离子转变为三级碳正离子就是一个重排反应。
4.碳正离子与碳负离子
有机化学基本理论主讲人：史达清4. 碳正离子与碳负离子碳正离子、碳负离子是有机化学中非常重要的两类活性中间体，我们有必要掌握这两类活性中间体的结构、生成方法及影响稳定性的因素。
（1）碳正离子碳正离子是指碳原子带有正电荷的三价化合物，对碳正离子的研究是最早且最深入的，被称为物理有机化学的基础，许多有机反应历程的研究概念和方法都起始于碳正离子的研究工作。
（a）碳正离子的结构碳正离子的中心碳原子是sp2 杂化的平面型结构，正电荷在p 轨道中：例外：下面的几个实例是例外，这是由于它们都不能形成空的p 轨道形式，如乙烯正离子，乙炔正离子是线型结构，有一个空的sp 杂化轨道，苯基正离子C6H5+则有一个空的sp2杂化轨道，但它们都很难生成，因为空轨道与π 体系相互垂直，正电荷得不到分散。
（b）碳正离子的生成方法离解是形成碳正离子的一个主要方法，离解时，与碳原子相连的基团带着一对对子离去。
苯磺酸根离子和卤离子是常用的较好的离去基团。
卤代物中的卤离子还可以在Ag+ 或Lewis 酸存在下脱去而生成碳正离子。
例如：醇一般是在酸作用下，将不容易离去的羟基转变成易离去的水离去，可以形成碳正离子：伯胺一般先用亚硝酸重氮化得到重氮盐，再脱氮得到碳正离子：如果生成的碳正离子具有芳香性，那么这些碳正离子就比较容易生成。
例如：另一类产生碳正离子的方法是质子或其它带正电荷的原子团或Lewis 酸对不饱和体系的加成。
例如：（c）碳正离子的稳定性凡是能够使碳正离子的正电荷得到分散的，则碳正离子比较稳定；相反，如果使碳正离子的正电荷集中，则碳正离子更不稳定。
其影响因素主要有：(i) 诱导效应给电子的诱导效应（+I）使碳正离子稳定；而吸引电子的诱导效应（-I），使碳正离子不稳定。
例如：(ii) 共轭效应给电子的共轭效应（+C）使碳正离子稳定；而吸电子的共轭效应（-C）使碳正离子不稳定。
例如：(iii) 空间效应由于碳正离子是平面型结构，如果正电荷在桥头碳原子上，由于桥的刚性结构，难以形成平面型，所以该碳正离子的稳定性比较差，例如：1-氯双环[2.2.1]庚烷的乙醇解速度比叔丁基氯慢1013倍。
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碳正离子、碳负离子和碳自由基的结构与稳定性
在有机反应过程中，成键的碳原子由于共价键的断裂方式不同可以形成带有正电荷、负电荷或一个未成对电子的碳原子，这些碳原子分别被称为碳正离子（carbon cations）、碳负离子（carbon anions）或碳自由基（carbon radicals）。
实验事实表明碳正离子和碳自由基具有平面结构，而碳负离子则呈角锥状，因此杂化轨道理论指出在碳正离子和碳自由基中，碳原子都采用sp2杂化方式，并使用3个sp2杂化轨道形成3个σ键，形成一个平面的分子。
不同的是，在碳正离子中，2p轨道上没有电子，而在碳自由基中，2p轨道上有一个单电子。
碳负离子的结构与碳正离子或碳自由基不同，因为带负电荷的碳原子最外层有3对成键电子和1对未成键电子，这样的4对电子需要采取相互远离的方式排列，因此碳负离子采用sp3杂化轨道成键，未成键电子对与3个共价键形成一个四面体结构。
碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构对比如下图所示。
碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构与稳定性直接受到与之相连接的基团的影响。
它们稳定性的一般规律如下：
（1）苄基型或烯丙型一般较稳定；
（2）碳正离子或碳自由基是：3°＞2°＞1°；
（3）碳负离子则是1°＞2°＞3°。