Carbanion

Een carbanion is een ion met een negatieve lading op de koolstof. Dit ion ontstaat wanneer een covalente binding tussen de koolstof en een ander element zó verbroken wordt, dat na het verbreken van de binding de bindingselektronen beiden bij koolstof blijven.

Inhoud 1 Algemene Eigenschap 2 Soorten Carbanionen 2.1 Carbanionen van koolwaterstoffen 2.2 Reactiviteit van carbanionen van koolwaterstoffen 2.3 Aromatische Carbanionen 2.4 Gestabiliseerde Carbanionen 3 Het maken van carbanionen 3.1 met alkalimetalen 3.2 Via butyllithium 3.3 Met behulp van 50% NaOH 4 Zie ook

[bewerk] Algemene Eigenschap

Tijdens de vorming van een binding leveren zowel het koolstof-atoom als het andere atoom één elektron. Als beide elektronen bij het koolstofatoom blijven, heeft het koolstofatoomm dus een negatieve lading. Carbanionen zijn basen, zowel volgens de Brønsted als de Lewis-definitie. De sterkte van de base hangt samen met de reactiviteit van het carbanion (zie aldaar).

[bewerk] Soorten Carbanionen

Carbanionen zijn er in diverse soorten

[bewerk] Carbanionen van koolwaterstoffen

Carbanionen van koolwaterstoffen hebben een pyramidale structuur. Elektronen (negatieve lading) stoten elkaar af en zullen dus zover mogelijk van elkaar vandaan gaan zitten: de hoekpunten van een tetraeder, of driezijdige piramide. Aan de andere kant is de claim op ruimte rond het koolstofatoom van atoomgroepen uiteraard groter dan die van alleen een paar elektronen. Naarmate de groepen groter worden zullen de groepen verder uit elkaar buigen. De driezijdige piramide gaat inzakken. Uiteindelijk blijft een platte structuur over met de drie groepen zo ver mogelijk bij elkaar vandaan. Het paar elektronen schommelt tussen de onder en de bovenkant van dit vlak. MAAR:

Vanuit de quantummechanica is bekend dat de hoeken tussen bindingen ook samenhangen met de energie van de elektronenbanen. In de platte structuur is de energie van het elektronenpaar veel groter dan in de tetraeder.

[bewerk] Reactiviteit van carbanionen van koolwaterstoffen

De hogere energie die het gevolg is van een plattere structuur betekent dat de carbanionen die door hun zijgroepen tot een plattere structuur gedwongen worden reactiever of minder stabiel zijn. Dit kan ook vertaald worden in de stabiliteitsvolgorde van carbanionen: primair stabieler dan secondair wat weer stabieler is dan tertiair. Gaande langs deze catagorieën worden de zijgroepen beginnend met twee waterstof-atomen en "iets" anders, samen steeds groter.

[bewerk] Aromatische Carbanionen

Bij cyclopentadiëen kan een van de twee waterstofatomen van het verzadigde koolstof-atoom makkelijk afgestaan worden. De twee elektronen die op koolstof achterbleven zitten nu naast π-bindingen, ook elk met twee elektronen. Er zitten dus 6 elektronen in een ringsysteem. Dit is vergelijkbaar met benzeen. Net als in benzeen is niet aan te geven waar de dubbele bindingen of de lading precies zit. Het cyclopentadiënyl anion is dan ook aromatisch en heel stabiel. Zelfs in water zijn een aantal zouten ervan beschreven.

[bewerk] Gestabiliseerde Carbanionen

Als het koolstofatoom met de negatieve lading vlak naast een atoom of atoomgroep zit die zelf positief geladen is, dan wordt het carbanionen stabieler. Belangrijke voorbeelden zijn:

• carbanion naast (di)keton. 2,4-pentadion is zelfs zo stabiel dat er een hele serie zouten van bekend is.
• carbanion naast zuurgroep. Bij de diëster van methanol en propaandizuur (triviale naam: dimethylmalonaat) kan een van de waterstofatomen tussen de zuurgroepen relatief makkelijk verwijderd worden.
• carbanionen naast fosfonium worden in de synthetisch organische chemie gebruikt om op de plek van een keton een koolstof-koolstof dubbele banden in het molecuul te maken (Wittigreactie). Deze carbanionen worden ook ylides genoemd. Wittigreacties worden bij kamertemperatuur uitgevoerd.
• carbanionen naast fosfonaat worden op gelijksoortige manier als fosfonium gestabiliseerde carbanionen gebruikt (Horner-Wittigreactie). De stabiliserende werking van fosfonaat is minder dan van fosfonium. Standaard wordt de Horner-Wittig-reactie bij -78°C uitgevoerd, soms zelfs bij -96°C, omdat anders geen tijd is om de verschillende reragentie toe te voegen.

[bewerk] Het maken van carbanionen

[bewerk] met alkalimetalen

Voor het maken van carbanionen kan gebruikgemaakt worden van alkalimetalen die men laat reageren met gehalogeneerde koolwaterstoffen. Butyllithium, een commercieel verkrijgbaar reagens, wordt gemaakt uit 1-chloorbutaan en lithium:

CH₃CH₂CH₂CH₂Cl + 2 Li → CH₃CH₂CH₂CH₂^- Li⁺ + LiCl.

[bewerk] Via butyllithium

Butyllithium wordt ook vaak gebruikt als sterke base om LDA te maken. LDA is een iets minder sterke base, en geschikt voor het maken van gestabiliseerde carbanionen. Butyllithium zou hier ook voor gebruikt kunne worden, maar er treden dan veel bijreacties op. In tegenstelling tot butyllithium is LDA nauwelijks of niet commercieel verkrijgbaar.

[bewerk] Met behulp van 50% NaOH

Met deze hoge concentratie en een katalysator kan NaOH waterstof-ionen ontrekken aan een haloform. Het anion is echter heel instabiel (zie carbanionen van koolwaterstoffen) en het verliest snel een halogenide-ion. Het gevormde :CX₂-deeltje is heel reactief en wordt een carbeen genoemd.

[bewerk] Zie ook

• Carbeniumion, met een positieve lading