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碳负离子（英語：Carbanion），又叫碳陰離子，指的是含有一个连有三个基团，并且带有一对孤对电子的碳。碳负离子带有一个孤立负电荷，通常是三角椎體构型，其中孤对电子占一个sp³混成轨道。形式上，碳陰離子是含碳酸的共軛鹼：

R₃C-H + B⁻ → R₃C⁻ + H-B

上式的B表示鹼。而碳陰離子在有機反應中扮演中間物的角色。

理論

碳陰離子為親核試劑，其反應性與穩定度受許多因素影響。包含：

誘導效應。電荷會受鄰近的負電原子影響而穩定
帶電原子的混成。帶電原子混成後，S軌域的比例越大，碳陰離子就越穩定
共振現象。共振可以穩定碳負離子，這也是為何芳香族的碳負離子會很穩定

碳陰離子在有機化學中擔任反應中間物（活性中間體）的角色，比如E1cB反應與有機金屬化學中的格林尼亚反应。1984年，Olmstead介紹三苯甲基碳陰離子的鋰冠醚鹽，由三苯甲烷與正丁基鋰、12-冠-4反應產生。

在低溫下將三苯甲烷與融於THF的正丁基鋰反應，再加入12-冠-4產生紅色溶液與在-20℃下沉澱的鹽類複合物。中間的C-C鍵長145pm，苯基間的鍵角31.2°。與四甲基铵相比，螺旋槳型就不太明顯。探測溶液中碳負離子的其中一種方法是質子NMR。在DMSO中的環戊二烯的圖譜在5.50ppm有一個環戊二烯陰離子的峰值。

氢碳酸

帶有C-H的分子能經由丟出質子形成碳負離子。故有C-H鍵的烴類可以視作一種酸類，並有對應的pKa值。甲烷因pKa大到近56，相對於pKa 4.76的醋酸，通常甲烷就不視作酸類。相同的條件在判斷碳負離子的穩定度時，也能判斷出碳酸pKa的相對順序。藉由跟傳統酸類比較pKa值，可以判斷出特定化合物是否能溶於水中。下表為一些化合物的酸度，從甲烷開始，越往下酸度愈大。

名字	化学式	pKa
甲烷	CH₄	~ 56
乙烷	C₂H₆	~ 50
環戊烷	C₅H₁₀	~ 45
丙烯	C₃H₆	~ 44
苯	C₆H₆	~ 43
Dimethyl sulfoxide/DMSO	(CH₃)₂SO	35.5
雙芬基甲烷	C₁₃H₁₂	32.3
苯胺	C₆H₅NH₂	30.6
三芬基甲烷	C₁₉H₁₆	30.6
乙醇	C₂H₅OH	29.8
丙酮	C₃H₆O	26.5
乙炔	C₂H₂	25
環戊二烯	C₅H₆	18

 --以粗體字表示酸類

歷史

1907年，碳陰離子在Clarke和Lapworth發表關於安息酸縮合反應機制的文章中首次出現。1904年，Schlenk從四甲基氯化铵與三苯甲基钠反應製備Ph₃C^-NMe₄⁺以獲得五價氮。十年後，他證明出三苯甲基自由基如何藉由鹼金屬來減少碳離子。Wallis和Adams在1933年使用碳陰離子這個詞來表示帶有負電荷的碳離子。

連結

碳正离子

参考资料

Harder, Sjoerd (2002). "Schlenk's Early “Free” Carbanions". Chemistry - A European Journal 8 (14): 3229–3232.
Organic Chemistry - Robert Thornton Morrison, Robert Neilson Boyd
The isolation and x-ray structures of lithium crown ether salts of the free phenyl carbanions [CHPh2]- and [CPh3]- Marilyn M. Olmstead, Philip P. Power; J. Am. Chem. Soc.; 1985; 107(7); 2174-2175.
A Simple and Convenient Method for Generation and NMR Observation of Stable Carbanions. Hamid S. Kasmai Journal of Chemical Education • Vol. 76 No. 6 June 1999
Equilibrium acidities in dimethyl sulfoxide solution Frederick G. Bordwell Acc. Chem. Res.; 1988; 21(12) pp 456 - 463
The Configurational Stability of cis- and trans-2-Methylcyclopropyllithium and Some Observations on the Stereochemistry of their Reactions with Bromine and Carbon Dioxide Douglas E. Applequist and Alan H. Peterson J. Am. Chem. Soc.; 1961; 83(4) pp 862 - 865
Cyclopropanes. XV. The Optical Stability of 1-Methyl-2,2-diphenylcyclopropyllithium H. M. Walborsky, F. J. Impastato, and A. E. Young J. Am. Chem. Soc.; 1964; 86(16) pp 3283 - 3288;
Enantioselectivity determined by NMR spectroscopy after derivatization with Mosher's acid
Preparation of Chiral -Oxy-[2H1]methyllithiums of 99% ee and Determination of Their Configurational Stability Dagmar Kapeller, Roland Barth, Kurt Mereiter, and Friedrich Hammerschmidt J. Am. Chem. Soc.; 2007; 129(4) pp 914 - 923; (Article)

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+{{noteTA
-[[Image:碳负离子.png|thumb|right|100px|碳负离子]]
+|1=zh-hans:轨道; zh-hant:軌域;
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+|2=zh-hans:杂化; zh-hant:混成;
-'''碳负离子'''（'''Carbanion'''）指的是含有一个连有三个[[基团]]，并且带有一对[[孤对电子]]的[[碳]]的[[活性中间体]]。碳负离子带有一个单位负电荷，通常是[[四面体]]构型，其中孤对电子占一个 sp<sup>3</sup> 杂化轨道。通过比较相应[[酸]]的[[酸性]]大小，可以大致判断碳负离子的稳定性大小。
+|3=zh-hans:能级; zh-hant:能階;
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+[[File:碳负离子.svg|thumb|right|100px|碳负离子]]
+'''碳负离子'''（{{lang-en|Carbanion}}），又叫'''碳陰離子'''，指的是含有一个连有三个[[基团]]，并且带有一对[[孤对电子]]的[[碳]]。碳负离子带有一个孤立负电荷，通常是三角椎體构型，其中孤对电子占一个[[sp3杂化|sp<sup>3</sup>混成轨道]]。形式上，碳陰離子是含碳酸的共軛鹼：
-一般地，具有能稳定负电荷的基团的碳负离子具有较高的稳定性。<ref>Frank A. Carey and Richard J. Sundberg, ''Advanced Organic Chemistry'', 4th ed., Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2000, ISBN 0-306-46243-5.</ref>这些基团可以是[[苯基]]、[[电负性]]较强的杂原子（如O,N，基团如[[硝基|-NO<sub>2</sub>]]、[[羰基|-C(=O)-]]、[[酯基|-CO<sub>2</sub>R]]、[[砜|-SO<sub>2</sub>-]]、[[氰基|-CN]]和[[酰胺|-CONR<sub>2</sub>]]等）或末端[[炔烃]]（也可看作电负性的缘故），例如，[[三苯甲烷]]、[[三氰基甲烷]]、[[硝基甲烷]]和[[1,3-二羰基化合物]]具有较强的酸性。右图所示的分子pK值小于-11。<ref>Table 5.1 and 5.2 in J. R. Jones, ''The Ionization of Carbon Acids'', Academic Press, New York, 1973, pp. 64, 65.</ref>
+:R<sub>3</sub>C-H + B<sup>−</sup> → R<sub>3</sub>C<sup>−</sup> + H-B
+上式的B表示鹼。而碳陰離子在有機反應中扮演中間物的角色。
+==理論==
-除此之外，不同于[[缩酮]]，[[缩硫酮]]的[[α氢]]也具有较强的酸性。这可以用[[硫]]的3d轨道与C-S键σ<sup>*</sup>轨道的[[超共轭效应]]来解释。<ref>W. T. Borden, E. R. Davidson, N. H. Andersen, A. D. Denniston, and N. D. Epiotis, [[:en:J. Am. Chem. Soc.|''J. Am. Chem. Soc.'']] '''100''':1604 (1978); A. Streitwieser, Jr., and S. P. Ewing, ''J. Am. Chem. Soc'' '''97''':190 (1975); N. D. Epiotis, R. L. Yates, F. Bernardi, and S. Wolfe, ''J. Am. Chem. Soc.'' '''98''':5435 (1976); J.-M. Lehn and G. Wipff, ''J. Am. Chem. Soc.'' '''98''':7498 (1976); D. A. Bors and A. Streitwieser, Jr., ''J. Am. Chem. Soc.'' '''108''':1097 (1986).</ref>硫代硝基苯基甲烷的[[去质子化]]表明，硫的[[可极化性]]起主要作用。<ref>C. F. Bernasconi and K. W. Kittredge, [[:en:J. Org. Chem.|''J. Org. Chem.'']] '''63''':1944 (1998).</ref>
+碳陰離子為親核試劑，其反應性與穩定度受許多因素影響。包含：
+* [[誘導效應]]。電荷會受鄰近的負電原子影響而穩定
+* 帶電原子的混成。帶電原子[[混成]]後，[[S軌域]]的比例越大，碳陰離子就越穩定
+* [[共振]]現象。共振可以穩定碳負離子，這也是為何[[芳香性|芳香族]]的碳負離子會很穩定
+碳陰離子在有機化學中擔任反應中間物（[[活性中間體]]）的角色，比如[[E1cB反應]]與有機金屬化學中的[[格林尼亚反应]]。1984年，Olmstead介紹三苯甲基碳陰離子的鋰[[冠醚]]鹽，由[[三苯甲烷]]與[[正丁基鋰]]、[[12-冠-4]]反應產生。
+[[file:TriphenylmethaneAnion.png|center|500px|triphenylmethane anion的形成]]
+在低溫下將三苯甲烷與融於THF的正丁基鋰反應，再加入12-冠-4產生紅色溶液與在-20℃下沉澱的鹽類複合物。中間的C-C鍵長145pm，苯基間的鍵角31.2°。與[[四甲基铵]]相比，螺旋槳型就不太明顯。探測溶液中碳負離子的其中一種方法是質子NMR。在DMSO中的環戊二烯的圖譜在5.50ppm有一個環戊二烯陰離子的峰值。
+==氢碳酸==
-[[有机金属化合物]]，如[[Grignard试剂]]和[[有机锂试剂]]也可看作是碳负离子源。[[叶立德]]，如[[磷叶立德]]和[[硫叶立德]]等，都含有具有碳负离子结构的[[共振杂化体]]。
+帶有C-H的分子能經由丟出質子形成碳負離子。故有C-H鍵的烴類可以視作一種酸類，並有對應的pKa值。甲烷因pKa大到近56，相對於pKa 4.76的醋酸，通常甲烷就不視作酸類。相同的條件在判斷碳負離子的穩定度時，也能判斷出碳酸pKa的相對順序。藉由跟傳統酸類比較pKa值，可以判斷出特定化合物是否能溶於水中。下表為一些化合物的酸度，從甲烷開始，越往下酸度愈大。
+{|align="center" class="wikitable" style="background: #ffffff; text-align: center;"
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+  --以粗體字表示酸類
+==歷史==
-碳负离子可进行[[SN2|S<sub>N</sub>2反应]]。
+年，碳陰離子在Clarke和Lapworth發表關於安息酸縮合反應機制的文章中首次出現。1904年，Schlenk從[[四甲基氯化铵]]與[[三苯甲基自由基|三苯甲基钠]]反應製備Ph<sub>3</sub>C<sup>-</sup>NMe<sub>4</sub><sup>+</sup>以獲得五價氮。十年後，他證明出[[三苯甲基自由基]]如何藉由鹼金屬來減少碳離子。Wallis和Adams在1933年使用碳陰離子這個詞來表示帶有負電荷的碳離子。
+==連結==
-==参见==
 *[[碳正离子]]
 ==参考资料==
-{{reflist}}
+{{Reflist}}
+# Harder, Sjoerd (2002). "Schlenk's Early “Free” Carbanions". Chemistry - A European Journal 8 (14): 3229–3232.
+# Organic Chemistry - Robert Thornton Morrison, Robert Neilson Boyd
+# The isolation and x-ray structures of lithium crown ether salts of the free phenyl carbanions [CHPh2]- and [CPh3]- Marilyn M. Olmstead, Philip P. Power; J. Am. Chem. Soc.; 1985; 107(7); 2174-2175.
+# A Simple and Convenient Method for Generation and NMR Observation of Stable Carbanions. Hamid S. Kasmai Journal of Chemical Education • Vol. 76 No. 6 June 1999
-{{化学小作品}}
+# Equilibrium acidities in dimethyl sulfoxide solution Frederick G. Bordwell Acc. Chem. Res.; 1988; 21(12) pp 456 - 463
+# The Configurational Stability of cis- and trans-2-Methylcyclopropyllithium and Some Observations on the Stereochemistry of their Reactions with Bromine and Carbon Dioxide Douglas E. Applequist and Alan H. Peterson J. Am. Chem. Soc.; 1961; 83(4) pp 862 - 865
+# Cyclopropanes. XV. The Optical Stability of 1-Methyl-2,2-diphenylcyclopropyllithium H. M. Walborsky, F. J. Impastato, and A. E. Young J. Am. Chem. Soc.; 1964; 86(16) pp 3283 - 3288;
+# Enantioselectivity determined by NMR spectroscopy after derivatization with Mosher's acid
+# Preparation of Chiral -Oxy-[2H1]methyllithiums of 99% ee and Determination of Their Configurational Stability Dagmar Kapeller, Roland Barth, Kurt Mereiter, and Friedrich Hammerschmidt J. Am. Chem. Soc.; 2007; 129(4) pp 914 - 923; (Article)
+{{Authority control}}
 [[Category:阴离子]]
 [[Category:活性中间体]]
-[[de:Carbanion]]
-[[en:Carbanion]]
-[[es:Carbanión]]
-[[fr:Carbanion]]
-[[it:Carbanione]]
-[[he:קרבאניון]]
-[[nl:Carbanion]]
-[[ja:カルバニオン]]
-[[sv:Karbanjon]]
-[[vi:Cacbanion]]