L’iperconiugazione è un tipo di interazione stabilizzante che risulta dall’interazione degli elettroni in un legame saturo di tipo σ e un orbitale p vuoto o parzialmente pieno. Si ottiene un orbitale molecolare che aumenta la stabilità di il sistema.
In genere l’iperconiugazione è relativa a un legame saturo di tipo σ come C-H o C-C con orbitali vuoti di non legame o di antilegame σ* o π*.
Iperconiugazione e risonanza
Alcuni definiscono l’iperconiugazione come un particolare tipo di risonanza. Tuttavia, la prima riguarda un orbitale σ mentre la risonanza riguarda legami π.
Inoltre, l’iperconiugazione permette di distribuire la densità elettronica, ottenendo forme più stabili.
Carbocatione etilico
Si consideri il carbocatione primario CH3-CH2+
In esso il primo carbonio è ibridato sp3 mentre il secondo è ibridato sp2 ed ha una struttura planare in cui i due atomi di idrogeno e il primo atomo di carbonio sono orientati ai vertici di un triangolo equilatero. Poiché questo atomo di carbonio ha solo sei elettroni di valenza e tutti e sei sono impegnati nei tre legami σ, l’orbitale p che si trova sopra e sotto il piano della molecola è vuoto.
Uno dei legami C−H del gruppo metilico può trovarsi nel piano di questo orbitale vuoto e gli elettroni responsabili della formazione di questo legame C−H possono quindi essere delocalizzati nell’orbitale p vuoto. Si ha la formazione di un doppio legame carbonio-carbonio e di uno ione H+ che tuttavia non è libero di muoversi.
D’altra parte, il doppio legame non è così forte da impedire la rotazione intorno ai due atomi di carbonio. Lo stesso fenomeno si può verificare con gli altri due idrogeni del gruppo metilico. Quindi la struttura del carbocatione è definita dalle seguenti strutture di iperconiugazione o di risonanza senza legame:
A causa della delocalizzazione degli elettroni, la carica positiva è dispersa nel gruppo di atomi che comporta una migliore stabilità del carbocatione.
Stabilità dei carbocationi
Maggiore è il numero di gruppi alchilici legati al carbocatione, maggiori sono le possibilità di iperconiugazione. Pertanto, oltre che per effetto induttivo, i carbocationi terziari sono più stabili rispetto a quelli secondari a causa dell’iperconiugazione. Pertanto, la stabilità dei carbocationi decresce dal terziario al primario secondo l’ordine:
R3C+ > R2CH+ > RCH2+ > CH3+
Lunghezza di legame
Si verifica un accorciamento dei legami singoli carbonio-carbonio adiacenti a legami multipli. La lunghezza del legame singolo carbonio-carbonio è 1,54 Å. Tuttavia, in alcuni composti come il propene, è un po’ più corto. Il motivo è la presenza di un carattere di doppio legame nel legame singolo C-C dovuto all’iperconiugazione.