Gli intermedi nelle reazioni organiche sono carbocationi, carbanioni, radicali e carbeni dotati di elevata reattività
Una reazione chimica è un evento durante il quale due molecole collidono in modo tale che uno o più legami si rompono e uno o più legami si formano con conseguente ottenimento di nuove molecole. La sequenza e il tempo dei processi di rottura e formazione dei legami risultano importanti ai fini della comprensione del meccanismo della reazione e, conseguentemente, del prodotto derivante dalla reazione.
Questi processi possono aver luogo a stadi distinti oppure possono sovrapporsi nel senso che, un nuovo legame inizia a formarsi quando un vecchio legame non è ancora completamente rotto. Quest'ultimo processo si dice sincrono o concertato. Se si trova che una certa trasformazione può avvenire per stadi successivi nel corso della reazione si formano intermedi di reazione la cui stabilità influisce sul decorso della reazione stessa, ovvero sui prodotti della reazione stessa.
Essi possono formarsi in seguito all'attacco di vari reagenti sul substrato, per dissociazione di composti organici e per eccitazione di molecole in stati energetici superiori per assorbimento di luce o per interazione con radiazioni ad alta energia come raggi α , βo γ.
Principali intermedi nelle reazioni
Carbocationi: sono ioni positivi che possono essere considerati come frammenti di molecole in cui un legame tra il carbonio e un altro atomo o gruppo è stato spezzato e quest'ultimo ha preso con sé ambedue gli elettroni di legame. L'atomo di carbonio positivo di un carbocatione è ibridato sp2 e l'intermedio è planare con angoli di 120°.
Carbanioni: sono ioni negativi nei quali la carica negativa si trova sul carbonio. Si formano per allontanamento di un atomo o gruppo legati al carbonio lasciando a questo ambedue gli elettroni di legame. Come le ammine, di cui sono isoelettronici, i carbanioni non sono specie piane. Il modo più semplice per formare un carbanione è per rimozione di un protone dal suo acido coniugato.
Radicali: si formano per scissione omolitica in modo che ciascun gruppo conservi uno dei due elettroni di legame. Il radicale metile CH3∙ è planare e questo induce a ritenere che questa sia la struttura “naturale” di tutti i radicali liberi.
Carbeni: sono frammenti di molecole in cui due gruppi legati al carbonio vengono entrambi rimossi con una sola coppia di elettroni e hanno formula generale R2C.
Il capostipite dei carbeni è il metilene :CH2 . Esistono due diversi tipi di carbeni: il carbene singoletto, che è più stabile rispetto al carbene tripletto, che è ibridato sp2 , planare che ha due elettroni appaiati e un orbitale p vuoto.
Il carbene tripletto può essere sia planare con ibridazione sp2 che lineare con ibridazione sp. La configurazione tripletto genera paramagnetismo e il carbene tripletto I carbeni sono quindi specie elettricamente neutre. Di regola sono altamente instabili, tuttavia il monossido di carbonio, che può essere considerato un carbene, : C=O è stabile.
Stati eccitati: si producono per assorbimento di luce. La luce visibile e ultravioletta induce stati in cui gli elettroni occupano orbitali a più alta energia. Queste specie, molto reattive, sono quelle implicate nelle reazioni fotochimiche.
Molecole instabili: si formano a volte quali intermedi in certe reazioni chimiche. Esse sono molto reattive e si trasformano rapidamente in altri prodotti più stabili.
Nomenclatura
I radicali sono denominati facendo seguire alla parola radicale il nome del gruppo, oppure, basandosi sul radicale metile. Così CH3CH2∙ è detto radicale etile o il radicale (C6H5)3 C∙ è detto radicale trifenilmetile. Per quanto riguarda i carbeni si usa denominarli come derivati del capostipite :CH2 . Così (C6H5)2 C: è detto difenilcarbene. Per quanto attiene carbocationi e carbanioni il seguente schema sistematico è in accordo con una corretta pratica di nomenclatura.
Se si usano i nomi essi dovrebbero essere preceduti dalla parola catione o anione così CH3CH2CH2+ è il catione n-propilico mentre CH3CH2CH2– è l'anione n-propilico.
Le parole carbocatione e carbanione dovrebbero essere per l'uso in nomi derivati.
Esempi:
(CH3)3C+ ione trimetilcarbonio; (C6H5)2 CH+ ione difenilcarbonio
(CH3)3C– trimetilcarbanione ; (C6H5)2CH– difenilcarbanione
