碳正离子是一个带正电碳的离子。在20世纪70年代之前，所有的碳正离子都被称为碳离子^(1、4)．

结构与性能

碳正离子是非常活泼的物质，在亲电加成反应中形成中间体。碳正离子的一个显著特征是它最外层的电子有6个电子，而不是8个^[1,2]．

碳正离子的杂化是sp2，这意味着它有三个取代基，形成一个三角形的平面分子几何结构。三个取代基都在同一个平面上，形成一个120度角⁰他们之间。最外层的6个电子用来形成3键。一个空的p轨道表明它本质上是缺电子的，一种被称为亲电试剂的物质。因此，它会立即与亲核试剂反应，比如OH^{- - - - - -}或氯^{- - - - - -}它填满了它的八层电子，并重新获得中性电荷。

类型

碳正离子是根据与带正电的碳相连的碳基团的数量来分类的[1,3]。

1.甲基-如果带正电的碳上没有碳基团，则称为甲基碳正离子。例如甲基(CH)_3.⁺)和甲烷(CH₅⁺）.

2.主要的-如果一个碳基团连着带正电的碳，它被称为伯电或1⁰碳正离子。乙炔(C)就是一个例子₂H₇⁺）.

3.二次-如果两个碳基团连在带正电的碳上，它被称为仲或2⁰碳正离子。

4.三级-它被称为叔碳或三碳⁰碳正离子是指三个碳基团连着带正电的碳。

5.烯丙基的-如果碳碳双键紧挨着带正电的碳，则称为烯丙基碳正离子，例如CH₂= CH-CH₂⁺．

6.Vinylic如果一个碳碳双键连接到带正电的碳上，它被称为乙烯基碳正离子。碳原子的杂化是sp，分子是线性的。

7.克力架-如果带正电的碳是苯环的一部分，它被称为芳基碳正离子。

8.苄基的-如果带正电的碳正离子靠近苯环，它被称为苯基碳正离子，例如，C₆H₅ch₂⁺．

碳正离子的稳定性

碳正离子的稳定性是至关重要的，因为它决定了涉及碳正离子中间体的反应的速率和机理。稳定性取决于以下因素。

1.共振

碳正离子缺乏电子。任何能提供电子的东西都能稳定它。因此，碳正离子是通过共振稳定的，特别是当带正电的碳旁边有一个双键或三键时。它有额外的稳定性因为碳正离子的空p轨道和键的p轨道重叠。这种轨道重叠允许电荷在多个原子之间共享，这种现象被称为离域。电子的离域稳定了碳正离子。这就是为什么烯丙基和苯基碳正离子比其他结构更稳定的原因^[1]．

2.替换

实验表明，增加烷基取代基的数量可以提高碳正离子的稳定性。因此，取代率最高的正电碳是最稳定的。将碳正离子按稳定性递减的顺序排列，我们发现^(2、4)．

叔碳阳离子>仲碳阳离子>伯碳阳离子>甲基碳阳离子

因此，甲烷(CH_3.⁺)是最不稳定的碳正离子。如下所述，烷基通过两种方式稳定碳正离子。

3.诱导和超共轭

稳定性的第一个原因是归纳效应。感应效应涉及到共价键中的原子将电子向自身吸引。这通常发生在电负性很强的原子上。由于带正电的碳从它的取代基中吸取电子，它通过中和获得了稳定性。烷基比氢原子能电感地提供更多的电子，因为它们更大，更容易极化，并且含有更多的成键电子。所以烷基取代越多，碳正离子就越稳定^(2、3)．

稳定性的第二个原因是超共轭。超共轭包括从p轨道与相邻sigma键的杂化轨道的平行重叠中提供电子。这个过程稳定了碳正离子。增加烷基取代基的数量增加了可用于超共轭的sigma键的数量。因此，碳正离子变得更加稳定。

就像给电子基团可以稳定碳正离子一样，吸电子基团，比如羰基(-C=O)，也可以通过同样的感应效应使碳正离子不稳定。