Καρβανιόν

Στην οργανική χημεία, ένα καρβανιόν είναι ένα ανιόν στο οποίο ο άνθρακας είναι αρνητικά φορτισμένος.
Τυπικά, ένα καρβανιόν είναι η συζυγής βάση ενός ανθρακικού οξέος:

όπου το B σημαίνει τη βάση. Τα καρβανιόντα που σχηματίστηκαν από αποπρωτονίωση των αλκανίων (σε έναν άνθρακα sp3), αλκένια (σε ένα άνθρακα sp2), αρένια (σε άνθρακα sp2) και αλκίνια (σε άνθρακα sp) είναι γνωστά ως ανιόντα αλκύλια, αλκενύλια (βινύλια), αρύλια και αλκινύλια (ακετυλίδια), αντιστοίχως.
Τα καρβανιόντα έχουν συγκέντρωση πυκνότητας ηλεκτρονίων στον αρνητικά φορτισμένο άνθρακα, ο οποίος, στις περισσότερες περιπτώσεις, αντιδρά αποτελεσματικά με μια ποικιλία από ηλεκτρονιόφιλα ποικίλης ισχύος, συμπεριλαμβανομένων των καρβονυλομάδων, ιμινών/ αλάτων ιμινίου, αντιδραστηρίων αλογόνωσης (π.χ., Ν-βρωμοηλεκτριμίδιοκαι διιώδιο, και δοτών πρωτονίων. Ένα καρβανιόν είναι ένα από τα πολλά δραστικά ενδιάμεσα στην οργανική χημεία. Στην οργανική σύνθεση, οι Οργανολιθιακές ενώσεις και τα αντιδραστήρια Grignard αντιμετωπίζονται συνήθως και αναφέρονται ως "καρβανιόντα". Αυτή είναι μια βολική προσέγγιση, αν και αυτά τα είδη είναι γενικά συστάδες ή σύμπλοκα που περιέχουν πολύ πολικούς, αλλά παρόλα αυτά ομοιοπολικούς δεσμούς μετάλλου-άνθρακα (Mδ+–Cδ−) μάλλον παρά αληθινά καρβανιόντα.
 Γεωμετρία 
Απουσία απεντοπισμού π, το αρνητικό φορτίο ενός καρβανιόντος εντοπίζεται σε ένα υβριδικό τροχιακό spx στον άνθρακα ως μονήρες ζεύγος. Κατά συνέπεια, τα «εντοπισμένα» καρβανιόντα αλκυλίου, αλκενυλίου/αρυλίου και αλκινυλίου λαμβάνουν τριγωνικές πυραμιδικές, κεκαμμένες και γραμμικές γεωμετρίες, αντίστοιχα. Σύμφωνα με τον κανόνα του Bent, η τοποθέτηση των ηλεκτρονίων του μονήρους ζεύγους καρβανιονικών σε ένα τροχιακό με σημαντικό χαρακτήρα s είναι ευνοϊκή, λαμβάνοντας υπόψη τις πυραμιδικές και κεκαμμένες γεωμετρίες των αλκυλο και αλκενυλο καρβανιόντων, αντίστοιχα. Η θεωρία VSEPR κάνει παρόμοιες προβλέψεις. Αυτό αντιτίθεται με τα καρβοκατιόντα, τα οποία προτιμούν τα μη κατειλημμένα μη δεσμικά τροχιακά καθαρού ατομικού χαρακτήρα p, οδηγώντας σε επίπεδες και γραμμικές γεωμετρίες, αντίστοιχα, για τα αλκυλικά και αλκενυλικά καρβοκατιόντα. thumb|250x250px| Ένα αλκυλοκαρβανιόν είναι τριγωνικό πυραμιδικό.
Ωστόσο, τα «απεντοπισμένα» καρβανιόντα μπορεί να αποκλίνουν από αυτές τις γεωμετρίες. Αντί να κατοικεί σε ένα υβριδικό τροχιακό, το καρβανιονικό μονήρες ζεύγος μπορεί αντ' αυτού να καταλαμβάνει ένα τροχιακό p (ή ένα τροχιακό υψηλού p χαρακτήρα). Ένα τροχιακό p έχει πιο κατάλληλο σχήμα και προσανατολισμό για να επικαλύπτεται με το γειτονικό σύστημα π, με αποτέλεσμα πιο αποτελεσματικό απεντοπισμό φορτίου. Κατά συνέπεια, τα αλκυλοκαρβανιόντα με γειτονικές συζευγμένες ομάδες (π.χ. αλλυλικά ανιόντα, ενολικά, νιτρονικά, κ.λπ.) είναι γενικά επίπεδα και όχι πυραμιδικά. Παρομοίως, τα απεντοπισμένα καρβανιόντα αλκενυλίου ευνοούν μερικές φορές μια γραμμική αντί για κεκαμμένη γεωμετρία. Συχνότερα, μια κεκαμμένη γεωμετρία εξακολουθεί να προτιμάται για τα υποκατεστημένα αλκενυλικά ανιόντα, αν και η γραμμική γεωμετρία είναι μόνο "ελαφρώς" λιγότερο σταθερή, με αποτέλεσμα την εύκολη εξισορρόπηση μεταξύ των ("Ε") και ("Ζ") ισομερών του (κεκαμμένου) ανιόντος μέσω μιας γραμμικής κατάστασης μετάβασης. Παραδείγματος χάρη, οι υπολογισμοί υποδεικνύουν ότι το μητρικό ανιόν βινυλίου ή αιθυλενιδίου, , έχει φράγμα αναστροφής , ενώ το ανιόν αλλενυλίου ή αλλενιδίου, ), του οποίου το αρνητικό φορτίο σταθεροποιείται με απεντοπισμό, έχει φράγμα αναστροφής μόνο , αντικατοπτρίζοντας τη σταθεροποίηση της κατάστασης γραμμικής μετάβασης με καλύτερη μετατόπιση π.

 Τάσεις και εμφάνιση 
Τα καρβανιόντα είναι τυπικά πυρηνόφιλα και βασικά. Η βασικότητα και η πυρηνοφιλία των καρβανιόντων καθορίζονται από τους υποκαταστάτες στον άνθρακα. Αυτά περιλαμβάνουν
το επαγωγικό φαινόμενο. Τα ηλεκτροαρνητικά άτομα δίπλα στο φορτίο θα σταθεροποιήσουν το φορτίο.
η έκταση του σύζευξης του ανιόντος. Τα φαινόμενα συντονισμού μπορεί να σταθεροποιήσουν το ανιόν. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν το ανιόν σταθεροποιείται ως αποτέλεσμα της αρωματικότητας.
Η γεωμετρία επηρεάζει επίσης τον τροχιακό υβριδισμό του φορτισμένου καρβανιόντος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο χαρακτήρας s του φορτισμένου ατόμου, τόσο πιο σταθερό είναι το ανιόν.
Τα καρβανιόντα, ειδικά αυτά που προέρχονται από αδύναμα οξέα άνθρακα που δεν ωφελούνται επαρκώς από τους δύο σταθεροποιητικούς παράγοντες που αναφέρονται παραπάνω, είναι γενικά ευαίσθητα στο οξυγόνο και στο νερό σε διάφορους βαθμούς. Ενώ μερικά απλώς αποικοδομούνται και αποσυντίθενται σε αρκετές εβδομάδες ή μήνες μετά την έκθεση στον αέρα, άλλα μπορεί να αντιδράσουν έντονα και εξώθερμα με τον αέρα σχεδόν αμέσως για να αναφλεγεί αυθόρμητα (πυροφορικότητα). Μεταξύ των καρβανιονικών αντιδραστηρίων που απαντώνται συχνά στο εργαστήριο, τα ιοντικά άλατα του υδροκυανίου (κυανιούχα) είναι ασυνήθιστα, επειδή είναι απεριόριστα σταθερά σε ξηρό αέρα και υδρολύονται μόνο πολύ αργά παρουσία υγρασίας.
Τα οργανομεταλλικά αντιδραστήρια όπως το βουτυλολίθιο (εξαμερικό σύμπλεγμα, ) ή το βρωμιούχο μεθυλομαγνήσιο (σύμπλοκο αιθέρα, ) αναφέρονται συχνά ως «καρβανιόντα», τουλάχιστον με μια έννοια ρετροσυνθετική έννοια. Ωστόσο, είναι πραγματικά συγκροτήματα ή σύμπλοκα που περιέχουν έναν πολικό ομοιοπολικό δεσμό, αν και με πυκνότητα ηλεκτρονίων πολύ πολωμένη προς το άτομο άνθρακα. Όσο πιο ηλεκτροθετικό είναι το συνδεδεμένο άτομο μετάλλου, τόσο πιο κοντά είναι η συμπεριφορά του αντιδραστηρίου με αυτή ενός πραγματικού καρβανιόντος.
Στην πραγματικότητα, αληθινά καρβανιόντα (δηλαδή, ένα είδος που δεν είναι προσκολλημένο σε σταθεροποιητικό ομοιοπολικά συνδεδεμένο μέταλλο) χωρίς υποκαταστάτες που αποσπούν ή/και συζευγνύουν ηλεκτρόνια δεν είναι διαθέσιμα στη συμπυκνωμένη φάση και αυτά τα είδη πρέπει να μελετηθούν στην αέρια φάση. Για κάποιο χρονικό διάστημα, δεν ήταν γνωστό εάν απλά αλκυλικά ανιόντα θα μπορούσαν να υπάρχουν ως ελεύθερα είδη. Πολλές θεωρητικές μελέτες προέβλεψαν ότι ακόμη και το ανιόν μεθανιδίου  θα έπρεπε να είναι ένα μη δεσμευμένο είδος (δηλαδή, η συγγένεια ηλεκτρονίων του  είχε προβλεφθεί αρνητική ). Ένα τέτοιο είδος θα αποσυντεθεί αμέσως με την αυθόρμητη εκτίναξη ενός ηλεκτρονίου και ως εκ τούτου θα ήταν πολύ φευγαλέο για να παρατηρηθεί απευθείας με φασματομετρία μάζας. Ωστόσο, το 1978, το ανιόν μεθανιδίου συντέθηκε αναμφισβήτητα υποβάλλοντας την κετένη σε ηλεκτρική εκκένωση και η ηλεκτρονιακή συγγένεια (EA) του  προσδιορίστηκε με φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ότι είναι +1,8  kcal/mol, καθιστώντας το δεσμευμένο είδος, αλλά μόλις και μετά βίας. Η δομή του  βρέθηκε ότι είναι πυραμιδική (C3v) με γωνία του H−C−H 108° και φράγμα αναστροφής 1,3  kcal/mol, ενώ το  προσδιορίστηκε ως επίπεδο (ομάδα σημείων D3h).
Απλά πρωτογενή, δευτερογενή και τριτοταγή sp3 καρβανιόντα (π.χ. αιθανίδιο , ισοπροπανίδιο  και t-βουτανίδιο  προσδιορίστηκαν στη συνέχεια ως μη δεσμευμένα είδη (οι EA των , ,  είναι −6, −7,4, −3,6 kcal/mol, αντίστοιχα) υποδεικνύοντας ότι η υποκατάσταση α είναι αποσταθεροποιητική. Ωστόσο, τα σχετικά μέτρια σταθεροποιητικά αποτελέσματα μπορούν να τα καταστήσουν δεσμευμένα. Παραδείγματος χάρη, τα ανιόντα κυβυλίου (cubyl) και κυκλοπροπυλίου δεσμεύονται λόγω του αυξημένου s χαρακτήρα του τροχιακού μονήρους ζεύγους, ενώ τα ανιόντα νεοπεντυλίου και φαιναιθυλίου δεσμεύονται επίσης, ως αποτέλεσμα αρνητικής υπερσύζευξης του μονήρους ζεύγους με το β-υποκαταστάτη (nC → σ*C–C) Το ίδιο ισχύει για τα ανιόντα με βενζυλική και αλλυλική σταθεροποίηση. Τα καρβανιόντα αέριας φάσης που υβριδοποιούνται sp2 και sp είναι πολύ πιο έντονα σταθεροποιημένα και παρασκευάζονται συχνά με απευθείας αποπρωτονίωση της αέριας φάσης.
Στη συμπυκνωμένη φάση μόνο καρβανιόντα που είναι επαρκώς σταθεροποιημένα με απεντοπισμό έχουν απομονωθεί ως πραγματικά ιοντικά είδη. Το 1984, οι Olmstead και Power παρουσίασαν το άλας αιθέραστέμματος λιθίου του καρβανιόντος τριφαινυλομεθανιδίου από τριφαινυλομεθάνιο n-βουτυλολίθιο και αιθέρα στέμματος (12-στέμμα-4) (το οποίο σχηματίζει ένα σταθερό σύμπλοκο με κατιόντα λιθίου) σε χαμηλές θερμοκρασίες:
Προσθήκη n-βουτυλολιθίου στο τριφαινυλομεθάνιο (pKa σε DMSO του  = 30,6) σε THF και χαμηλές θερμοκρασίες, ακολουθούμενο από αιθέρα στέμματος (12-στέμμα-4) έχει ως αποτέλεσμα ένα κόκκινο διάλυμα και το σύμπλοκο άλατος ([Li(12-στέμμα-4)] που κατακρημνίζεται στους -20 °C. Τα μήκη δεσμού των κεντρικών C–C είναι 145 pm με τον δακτύλιο φαινυλίου να προωθείτα σε μέση γωνία 31,2°. Αυτό το σχήμα προπέλας είναι λιγότερο έντονο με ένα αντισταθμίζον ιόν τετραμεθυλαμμωνίου. Μια κρυσταλλική δομή για το ανάλογο ανιόν διφαινυλομεθανιδίου (Li(12-στέμμα-4)], που παρασκευάστηκε από διφαινυλομεθάνιο (pKa σε DMSO του  = 32,3), ελήφθη επίσης. Ωστόσο, η απόπειρα απομόνωσης ενός συμπλόκου του βενζυλικού ανιόντος  από το τολουόλιο (pKa σε DMSO του  ≈ 43) ήταν ανεπιτυχής, λόγω της ταχείας αντίδρασης του σχηματιζόμενου ανιόντος με τον διαλύτη THF. Το ελεύθερο ανιόν βενζυλίου έχει επίσης δημιουργηθεί στη φάση του διαλύματος με παλμική ραδιόλυση διβενζυλυδραργύρου.
Αρχές του 1904 και 1917, ο Schlenk παρασκεύασε δύο κόκκινα άλατα, διαμορφωμένα ως  και , αντίστοιχα, από μετάθεση του αντίστοιχου αντιδραστηρίου οργανονατρίου με χλωριούχο τετραμεθυλαμμώνιο. Δεδομένου ότι τα κατιόντα τετραμεθυλαμμωνίου δεν μπορούν να σχηματίσουν χημικό δεσμό με το καρβανιονικό κέντρο, αυτά τα είδη πιστεύεται ότι περιέχουν ελεύθερα ανθρακικά ιόντα. Ενώ η δομή του πρώτου επαληθεύτηκε με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ σχεδόν έναν αιώνα αργότερα, η αστάθεια του τελευταίου έχει μέχρι στιγμής αποκλείσει τη διαρθρωτική επαλήθευση. Η αντίδραση του υποτιθέμενου "" με νερό αναφέρθηκε ότι απελευθερώνει τολουόλιο και υδροξείδιο του τετραμεθυλαμμωνίου και παρέχει έμμεσες αποδείξεις για την αξιούμενη σύνθεση.
Ένα εργαλείο για την ανίχνευση καρβανιόντων σε διάλυμα είναι το NMR πρωτονίων. Ένα φάσμα κυκλοπενταδιενίου σε DMSO δείχνει τέσσερα βινυλικά πρωτόνια στα 6,5 ppm και δύο γέφυρες μεθυλενίου πρωτονίων στα 3 ppm, ενώ το ανιόν κυκλοπενταδιενυλίου έχει έναν απλό συντονισμό στα 5,50 ppm. Η χρήση των NMR  και  έχει δώσει δομικά δεδομένα και δεδομένα αντιδραστικότητας για μια ποικιλία ειδών οργανολιθίου.
 Οξέα άνθρακα 
Οποιαδήποτε ένωση που περιέχει υδρογόνο μπορεί, καταρχήν, να υποστεί αποπρωτονίωση για να σχηματίσει τη συζυγή της βάση. Μια ένωση είναι ένα «οξύ άνθρακα» εάν η αποπρωτονίωση έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια ενός πρωτονίου από ένα άτομο άνθρακα. Σε σύγκριση με ενώσεις που συνήθως θεωρούνται οξέα (π.χ., ορυκτά οξέα όπως νιτρικό οξύ, ή καρβοξυλικά οξέα όπως οξικό οξύ), τα οξέα άνθρακα είναι τυπικά πολλές τάξεις μεγέθους ασθενέστερα, αν και υπάρχουν εξαιρέσεις (βλ. παρακάτω). Παραδείγματος χάρη, το βενζόλιο δεν είναι οξύ με την κλασική έννοια του Arrhenius, αφού τα υδατικά διαλύματά του είναι ουδέτερα. Ωστόσο, είναι πολύ ασθενές  οξύ Brønsted με εκτιμώμενη pKa 49 που μπορεί να υποστεί αποπρωτονίωση παρουσία μιας υπερβάσης όπως η βάση Lochmann–Schlosser (n-βουτυλολίθιο και t -βουτοξείδιο του καλίου). Ως συζυγή ζεύγη οξέος-βάσης, οι παράγοντες που καθορίζουν τη σχετική σταθερότητα των καρβανιόντων καθορίζουν επίσης τη σειρά των τιμών pKa των αντίστοιχων οξέων άνθρακα. Επιπλέον, οι τιμές pKa επιτρέπουν την πρόβλεψη του εάν μια διαδικασία μεταφοράς πρωτονίων θα είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκή: Για την αποπρωτονίωση ενός όξινου είδους ΗΑ με βάση  για να είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκή (K > 1), πρέπει να ισχύει η σχέση pKa(BH) > pKa( AH).
Αυτές οι παρακάτω τιμές είναι τιμές pKa που προσδιορίζονται στο διμεθυλοσουλφοξείδιο (dimethylsulfoxide, DMSO), το οποίο έχει ευρύτερο χρήσιμο εύρος (~0 έως ~35) από τις τιμές που προσδιορίζονται στο νερό (~ 0 έως ~14) και αντικατοπτρίζουν καλύτερα τη βασικότητα των καρβανιόντων σε τυπικούς οργανικούς διαλύτες. Οι τιμές κάτω του 0 ή μεγαλύτερες από 35 υπολογίζονται έμμεσα. Ως εκ τούτου, η αριθμητική ακρίβεια αυτών των τιμών είναι περιορισμένη. Οι υδατικές τιμές pKa απαντώνται επίσης συχνά στη βιβλιογραφία, ιδιαίτερα στο πλαίσιο της βιοχημείας και της ενζυμολογίας. Επιπλέον, οι υδατικές τιμές δίνονται συχνά στα εισαγωγικά εγχειρίδια οργανικής χημείας για παιδαγωγικούς λόγους, αν και το θέμα της εξάρτησης από τους διαλύτες συχνά αγνοείται. Γενικά, οι τιμές pKa στο νερό και στον οργανικό διαλύτη αποκλίνουν σημαντικά όταν το ανιόν είναι ικανό να δεσμεύει υδρογόνο. Παραδείγματος χάρη, στην περίπτωση του νερού, οι τιμές διαφέρουν δραματικά: το pKa στο νερό του νερού είναι 14,0, ενώ το pKa στο DMSO του νερού είναι 31,4, αντανακλώντας τη διαφορετική ικανότητα του νερού και του DMSO να σταθεροποιούν το ανιόν υδροξειδίου. Εξ άλλου, για το κυκλοπενταδιένιο, οι αριθμητικές τιμές είναι συγκρίσιμες: το pKa στο νερό είναι 15, ενώ το pKa  στο DMSO είναι 18.
{|align="center" class="wikitable collapsible" style="background: #ffffff; text-align: center;"
|+Οξύτητες ανθρακικού οξέος κατά pKa σε DMSO. Αυτές οι τιμές μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από τις υδατικές τιμές pKa.
|-
!Όνομα
!Τύπος
!Συντακτικός τύπος
!pKa σε DMSO
|-
|Κυκλοεξάνιο
|
|frameless|45x45px
|~60
|-
|Μεθάνιο
|
|90px
|~56
|-
|Βενζόλιο
|
|40px
|~49
|-
|προπένιο
|
|75px
|~44
|-
|Τολουόλιο
|
|40px
|~43
|- style="background: lightgray;"
|Αμμωνία (N–H)
|
|frameless|100x100px
|~41
|-
|Διθειάνιο
|
|frameless|60x60px
|~39
|-
|Διμεθυλσουλφοξείδιο
|
|90px
|35,1
|-
| Διφαινυλμεθάνιο
|
|130px
|32,3
|-
|Αιθανονιτρίλιο
|
|frameless|120x120px
|31,3
|- style="background: lightgray;"
|Ανιλίνη (N–H)
|
|50px
|30,6
|-
|Τριφαινυλμεθάνιο
|
|100px
|30,6
|-
|Φθοροφόρμιο
|
|frameless|82x82px
|30,5
|-
|Ξανθένιο
|
|120px
|30,0
|- style="background: lightgray;"
|Αιθανόλη (O–H)
|
|75px
|29,8
|-
|Φαινυλακετυλένιο
|
|75px
|28,8
|-
|Θειοξανθένιο
|
|100px
|28,6
|-
|Ακετόνη
|
|90px
|26,5
|-
|Χλωροφόρμιο
|
|frameless|70x70px
|24,4
|-
|Βενζοξαζόλη
|
|90px
|24,4
|-
|Φθορένιο
|
|100px
|22,6
|-
|Ινδένιο
|
|75px
|20,1
|-
|Κυκλοπενταδιένιο
|
|50px
|18,0
|-
|Νιτρομεθάνιο
|
|frameless|60x60px
|17,2
|-
|Μηλονικό διαιθύλιο
|
|frameless
|16,4
|-
|Ακετυλακετόνη
|
|frameless|120x120px
|13,3
|-
|Υδροκυάνιο
|HCN
|80px
|12,9
|- style="background: lightgray;"
|οξικό οξύ (O–H)
|
|70px
|12,6
|-
|Μηλονικό νιτρίλιο
|
|100px
|11,1
|-
|Διμεδόνη
|
|100px
|10,3
|-
|Οξύ Meldrum
|
|80px
|7,3
|-
|Εξαφθροακετυλακετόνη
|
|frameless|120x120px
|2,3
|- style="background: lightgray;"
|Υδροχλώριο (Cl–H)
|HCl
|HCl (g)
|−2,0
|-
|Τριφλιδικό οξύ
|
|frameless|120x120px
|~ −16
|-
|}
 Σημειώστε ότι το οξικό οξύ, η αμμωνία, η ανιλίνη, η αιθανόλη και το υδροχλώριο δεν είναι οξέα άνθρακα, αλλά είναι κοινά οξέα που παρουσιάζονται για σύγκριση.

Όπως υποδεικνύεται από τα παραπάνω παραδείγματα, η οξύτητα αυξάνεται (pKa μειώνεται) όταν το αρνητικό φορτίο απεντοπίζεται. Αυτό το αποτέλεσμα συμβαίνει όταν οι υποκαταστάτες στο καρβανιόν είναι ακόρεστα και/ή ηλεκτραρνητικοί. Αν και τα οξέα άνθρακα θεωρούνται γενικά ως οξέα που είναι πολύ πιο ασθενή από τα "κλασικά" οξέα Brønsted όπως το οξικό οξύ ή η φαινόλη, η σωρευτική (προσθετική) επίδραση πολλών υποκαταστατών που δέχονται ηλεκτρόνια μπορεί να οδηγήσει σε οξέα που είναι τόσο ισχυρά, ή ισχυρότερα από τα ανόργανα ορυκτά οξέα. Παραδείγματος χάρη, το τρινιτρομεθάνιο , το τρικυανομεθάνιο , το πεντακυανοκυκλοπενταδιένιο , και το κροτικό οξύ HCNO, είναι όλα ισχυρά οξέα με υδατικές τιμές pKa που υποδηλώνουν πλήρη ή σχεδόν πλήρη μεταφορά πρωτονίων στο νερό. Το τριφλιδικό οξύ, με τρεις τριφλυλo-ομάδες που έλκουν ισχυρά ηλεκτρόνια, έχει εκτιμώμενο pKa πολύ κάτω από -10. Στο άλλο άκρο της κλίμακας, οι υδρογονάνθρακες που φέρουν μόνο αλκυλομάδες πιστεύεται ότι έχουν τιμές pKa στην περιοχή από 55 έως 65. Έτσι, το εύρος των σταθερών διάστασης οξέος για τα οξέα άνθρακα εκτείνεται σε πάνω από 70 τάξεις μεγέθους.
Η οξύτητα του α-υδρογόνου στις καρβονυλικές ενώσεις επιτρέπει σε αυτές τις ενώσεις να συμμετέχουν σε συνθετικά σημαντικές αντιδράσεις σχηματισμού δεσμού C–C, συμπεριλαμβανομένων της αντίδρασης αλδόλης και της προσθήκης Michael.

Χειρόμορφα καρβανιόντα
Με τη μοριακή γεωμετρία για ένα καρβανιόν που περιγράφεται ως τριγωνική πυραμίδα το ερώτημα είναι εάν τα καρβανιόντα μπορούν να εμφανίσουν ή όχι χειρομορφία, γιατί εάν το φράγμα ενεργοποίησης για την αναστροφή αυτής της γεωμετρίας είναι πολύ χαμηλό κάθε προσπάθεια εισαγωγής χειρομορφίας θα καταλήξει σε ρακεμοποίηση, παρόμοια με την αναστροφή αζώτου. Ωστόσο, υπάρχουν στέρεες ενδείξεις ότι τα καρβανιόντα μπορούν πράγματι να είναι χειρόμορφα, παραδείγματος χάρη, σε έρευνα που διεξήχθη με ορισμένες ενώσεις οργανολιθίου.
Η πρώτη απόδειξη για την ύπαρξη χειρόμορφων ενώσεων οργανολιθίου ελήφθησαν το 1950. Ακολούθησε η αντίδραση του χειρόμορφου 2-ιωδοοκτανίου με s-βουτυλολίθιο σε πετρελαϊκό αιθέρα στους -70 °C σε αντίδραση με ξηρό πάγο έδωσε κυρίως ρακεμικό 2-μεθυλοβουτυρικό οξύ, αλλά και μια ποσότητα οπτικά ενεργού 2-μεθυλοοκτανοϊκό οξύ, το οποίο θα μπορούσε να έχει σχηματιστεί μόνο από παρόμοια οπτικά ενεργό 2- μεθυλοεπτυλίθιο με το άτομο άνθρακα συνδεδεμένο με το λίθιο στο καρβανιόν:
Κατά τη θέρμανση της αντίδρασης στους 0 °C, η οπτική δραστικότητα χάνεται. Περισσότερες αποδείξεις ακολούθησαν τη δεκαετία του 1960. Μια αντίδραση του cis ισομερούς του 2-μεθυλοκυκλοπροπυλοβρωμιδίου με s-βουτυλολίθιο και πάλι ακολουθούμενη από καρβοξυλίωση με ξηρό πάγο έδωσε cis- 2-μεθυλοκυκλοπροπυλοκαρβοξυλικό οξύ. Ο σχηματισμός του ισομερούς "trans" θα έδειχνε ότι το ενδιάμεσο καρβανιόν ήταν ασταθές.
Με τον ίδιο τρόπο η αντίδραση του (+)-(S)-l-βρωμο-l-μεθυλ-2,2-διφαινυλκυκλοπροπανίου με n-βουτυλολίθιο ακολουθούμενη από η απόσβεση με μεθανόλη οδήγησε σε προϊόν με διατήρηση της διαμόρφωσης:
Με πρόσφατη ημερομηνία είναι οι χειρόμορφες ενώσεις μεθυλολιθίου:
Η ομάδα (R3Sn) αντικαθίσταται από λίθιο στο ενδιάμεσο 2 το οποίο υφίσταται αναδιάταξη φωσφορικού-φωσφορανίου σε φωσφοράνιο 3 το οποίο κατά την αντίδραση με οξικό οξύ δίνει αλκοόλη 4. Για άλλη μια φορά στην περιοχή από -78°C έως 0°C, η χειρομορφία διατηρείται σε αυτήν την αλληλουχία αντίδρασης. (Η εναντιοεκλεκτικότητα προσδιορίστηκε με φασματοσκοπία NMR μετά από δημιουργία παραγώγων με οξύ Mosher.)
Ιστορικό
Μια καρβανιονική δομή εμφανίστηκε για πρώτη φορά στον μηχανισμό αντίδρασης για τη συμπύκνωση βενζοΐνης όπως προτάθηκε σωστά από τους Clarke και Lapworth το 1907.Το 1904 ο Wilhelm Schlenk παρασκεύασε το  σε μια αναζήτηση για τετραμεθυλαμμώνιο (από χλωριούχο τετραμεθυλαμμώνιο και το ) και το 1914 έδειξε πώς οι ρίζες τριαρυλομεθυλίου μπορούσαν να αναχθούν σε καρβανιόντα από αλκαλικά μέταλλα.  Η φράση καρβανιόν εισήχθη από τους Wallis και Adams το 1933 ως το αρνητικά φορτισμένο αντίστοιχο του ιόντος καρβονίου

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
 Large database of Bordwell pKa values at www.chem.wisc.edu Link
 Large database of Bordwell pKa values at daecr1.harvard.edu Link

Κατηγορία:Ανιόντα
Κατηγορία:Δραστικά ενδιάμεσα