1.5.4 碳正離子、碳負(fù)離子和碳自由基的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
在反應(yīng)過(guò)程中,成鍵的碳原子由于共價(jià)鍵的斷裂方式不同可以形成帶有正電荷、負(fù)電荷或一個(gè)未成對(duì)電子的碳原子,這些碳原子分別被稱為碳正離子（carbon cations）、碳負(fù)離子（carbon anions）或碳自由基（carbon radicals）.
實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明碳正離子和碳自由基具有平面結(jié)構(gòu),而碳負(fù)離子則呈角錐狀,因此雜化軌道理論指出在碳正離子和碳自由基中,碳原子都采用sp2雜化方式,并使用3個(gè)sp2雜化軌道形成3個(gè)σ鍵,形成一個(gè)平面的分子.不同的是,在碳正離子中,2p軌道上沒有電子,而在碳自由基中,2p軌道上有一個(gè)單電子.
碳負(fù)離子的結(jié)構(gòu)與碳正離子或碳自由基不同,因?yàn)閹ж?fù)電荷的碳原子最外層有3對(duì)成鍵電子和1對(duì)未成鍵電子,這樣的4對(duì)電子需要采取相互遠(yuǎn)離的方式排列,因此碳負(fù)離子采用sp3雜化軌道成鍵,未成鍵電子對(duì)與3個(gè)共價(jià)鍵形成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu).碳正離子、碳自由基和碳負(fù)離子的結(jié)構(gòu)對(duì)比如下圖所示.
碳正離子、碳自由基和碳負(fù)離子的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性直接受到與之相連接的基團(tuán)的影響.它們穩(wěn)定性的一般規(guī)律如下：
（1）芐基型或烯丙型一般較穩(wěn)定；
（2）碳正離子或碳自由基是：3°＞2°＞1°；
（3）碳負(fù)離子則是1°＞2°＞3°.