karbokationok
(karbanion, szupersav, karbéniumion, karbóniumion)

A szénvegyületek pozitív ionjai.

A szerves kémiában az egyik legfontosabb és legeredetibb gondolat annak feltételezése, hogy a karbokationok (ma már idesorolnak minden pozitív iont, amely szénvegyületből jött létre) lehetnek olyan reakciók során keletkezett közbenső termékek, amikor a végtermék nemionos kovalens vegyület.

Oláh György Nobel-díjas kémikus javasolta 1972-ben hogy a szénvegyületek kationjaira a "karbokation" nevet használják. Az IUPAC ezt a nevet az általánosan elfogadott elnevezések közé sorolta, ugyanígy elfogadták az anionos vegyületekre a "karbanion" nevet is.

Von Baeyer ismerte fel 1902-ben (Nobel-díj, 1905) azt, hogy sójellegű vegyületek képződtek a következő egyenlet értelmében:

Ar₃C-X <-> Ar₃C⁺ + X^-

Nem sokkal később a természetben is ráakadtak karbokationos színezékekre.
A vörösbor, valamint sok virág, gyümölcs, levél stb. színe részben a megfelelő glükozidok felhasadásakor képződött flavilium- és antocianinvegyületeknek tulajdonítható.
Már a századforduló idején rájöttek az ionos triaril-metil és az ebből származó színezékanyagok létezésére, de a karbokationok általános kémiai jelentősége hosszú időn keresztül ismeretlen maradt.

Amikor néhány angol (Ingold és Hughes) és német (Meerwein) vegyész az 1920-as és 1930-as években azt kezdte tanulmányozni, hogyan zajlanak le a kémiai reakciók a szerves molekulák között, világossá vált, hogy előfordulhatnak pozitív töltésű szénhidrogének - melyeket a vegyészek "karbokationoknak" neveztek - nagyon rövidéletű (mikro- vagy nanoszekundumos élettartamú) közbülső termékekként.

Az 1960-as évek elején Olah és munkatársai felfedezték, hogy elő lehet állítani stabil karbokationokat egy új típusú, különösen savas vegyületek felhasználásával amely sokkal erősebbek, mint az olyan klasszikus savak, mint a kénsav, a sósav stb. Ezek az új savak "szupersavakként" váltak ismertté. Előállítható szupersav például hidrogén-fluoridból (HF) és antimon-pentafluoridból (SbF5).

Olah kidolgozta a karbokationok gyakorlati alkalmazását is új és fontos szerves vegyületek egyszerű szintézisére. Olcsó módszereket dolgozott ki szupersav katalizátorok használatával.
Munkája eredményeként új módszerekkel lehet átalakítani az egyenes szénláncú szénhidrogéneket olyan elágazó szénhidrogénekké, amelyeknek magas az oktánszáma és biológiailag könnyen lebonthatóak.

A hosszú élettartamú megjelenési formák észlelése és a velük kapcsolatos szupersav-kémia alapozta meg a karbokationok kutatását, amelynek során világossá vált, hogy ezt a fogalmat tágabban kell értelmezni, mint korábban gondolták.
Olah 1972-ben megjelent közleményében felvetette egy általánosabb definíció szükségességét.

A definíció azt veszi számításba, hogy a karbokationoknak két nagy, jól behatárolható osztálya létezik:
- A három vegyértékű ("klasszikus") karbéniumionokban sp2-hibridizációjú elektronhiányos szénatom van, amely általában planáris, ha ezt nem akadályozza a váz merevsége vagy sztérikus gátlás.
A karbénium-szénnek hat vegyértékelektronja van, tehát nagymértékben elektronhiányos.
A három vegyértékű karbokationok szerkezete mindig egyértelműen leírható kételektronos-kétcentrumos kötésekkel
A három vegyértékű ionok alapképződménye a CH₃⁺.
- Ötös (vagy magasabb) koordinációjú ("nem klasszikus") karbóniumionok, melyekben öt (vagy több) koordinált szénatom van. Ezek nem írhatók le kizárólag kételektronos-kétcentrumos egyes kötésekkel; itt szükséges a kételektronos-három- (vagy több-) centrumos kötés bevezetése.
A karbokation-centrumot mindig nyolc elektron veszi körül, de a karbóniumionok feltétlenül elektronhiányosak, mivel a két elektront három (vagy több) atommal osztják meg.
A karbóniumionok alapképződményének a CH₅⁺.

Felhasznált irodalom