Fenyyli-ja metoksifenyylisubstituoidut karbokationit katalyytteinä

Abstract

Karbokationit ovat orgaanisia molekyylejä, joissa on positiivisesti varautunut hiiliatomi. Hybridisaatioteoria selittää karbokationien luonnetta ja kolmiulotteista rakennetta keskushiilen sp2-hybridisaatiolla, jossa hiiliatomin hybridisoitumaton p-orbitaali levittäytyy kolmen hybridiorbitaalin muodostaman tason ylä- ja alapuolille. Hybridisoitumaton porbitaali ei kuitenkaan ole täysin eristyksissä hybridisoituneista sidosorbitaaleista vaan se vastaanottaa helposti elektronitiheyttä keskushiileen sitoutuneilta substituenteilta. Mitä enemmän substituentit luovuttavat elektronitiheyttä positiivisesti varautuneelle hiiliatomille, sitä enemmän elektronitiheyttä siirtyy myös hybridisoitumattomalle porbitaalille stabiloittaen karbokationia. Näin ollen karbokationien reaktiivisuuteen voidaan vaikuttaa huomattavasti muokkaamalla sp2- hybridisoituneeseen hiileen sitoutuvia substituentteja.

Karbokationien tyhjä p–orbitaali voi vastaanottaa elektronitiheyttä myös muilta molekyyleiltä. Karbokationit ovatkin Lewis-emäksiä, joita voidaan käyttää katalyytteinä kemiallisissa reaktioissa aktivoimaan elektrofiilejä nukleofiilien hyökkäyksille.

Kandidaatintutkielmani kirjallisessa osassa käydään läpi karbokationien reaktiivisuuteen vaikuttavia tekijöitä sekä tarkastellaan karbokationien käyttöä katalyytteinä tunnetuissa kemiallisissa reaktioissa. Kokeellisessa osassa puolestaan syntetisoitiin trifenyylimetylium tetrafluoroboraattia vastaavaa bromidia sekä kahta metoksifenyylisubstituoitua karbokationia, (4-metoksifenyyli)difenyylimetylium fluoroboraattia ja tris(4metoksifenyyli)metylium tetrafluoroboraattia. Käytetyt synteesireitit pohjautuivat pääosin aikaisemmin kirjallisuudessa kuvailtuihin reitteihin, joita kuitenkin muokattiin tutkimuksen edellyttämillä tavoilla.