Ketika ikatan antara karbon dan atom hidrogen (HC) berdekatan dengan sistem terkonjugasi, misalnya ikatan rangkap atau cincin benzena, elektron sigma dari ikatan HC menjadi bagian dari sistem terkonjugasi ini, yaitu, adalah terdelokalisasi dengan cara yang sama seperti elektron pi yang menyusun sistem ini. Fenomena ini disebut hiperkonjugasi.
Konsep hiperkonjugasi dijelaskan oleh Baker dan Nathan, dan juga dikenal sebagai efek Baker dan Nathan. Menurut konsep ini, jika suatu gugus alkil (yang terikat pada setidaknya satu atom hidrogen), dihubungkan dengan atom karbon yang membentuk bagian dari ikatan rangkap, gugus alkil akan memberikan elektron dari ikatan tunggal HC-nya ke ikatan ganda. tautan. Misalnya, hiperkonjugasi propena adalah yang diamati pada gambar berikut:
Berbagai bentuk hiperkonjugasi propena disebut struktur kontribusi. Fenomena hiperkonjugasi memiliki beberapa kesamaan dengan efek resonansi. Dalam hiperkonjugasi, tidak ada ikatan antara karbon a dan atom hidrogen yang melepaskan elektron, dengan cara ini fenomena ini juga disebut “tidak ada resonansi ikatan”.
Karena hiperkonjugasi bergantung pada atom hidrogen yang terikat pada karbon, gugus CH 3 lebih mungkin berpartisipasi dalam jenis efek ini daripada gugus CH 3 CH 2. Demikian pula, gugus terakhir memiliki kemungkinan hiperkonjugasi yang lebih besar daripada gugus ( CH 3 ) 2 CH-. Jika gugus (CH 3 ) 3 C- berikatan dengan sistem terkonjugasi, tidak akan terjadi hiperkonjugasi.
Dari sudut pandang orbital molekul, kita dapat mengatakan bahwa elektron ikatan CH, yang merupakan ikatan sigma, terdelokalisasi dan menjadi bagian dari sistem terkonjugasi yang dibentuk oleh orbital pi dari ikatan rangkap, seperti dapat dilihat pada gambar di bawah.
Konsep hiperkonjugasi menjelaskan beberapa karakteristik khusus dalam molekul organik:
- The karbon-karbon tunggal obligasi berdekatan dengan ikatan rangkap yang lebih pendek . Misalnya, dalam methylacetylene, ikatan CC tunggal adalah 1,46 angstrom, jauh di bawah panjang biasanya ikatan CC 1,54 angstrom.
- Peningkatan momen dipol . Peningkatan nyata pada momen dipol trikloroetana, dibandingkan dengan kloroform, disebabkan oleh efek hiperkonjugasi.
- Stabilitas alkena termetilasi . Semakin banyak jumlah gugus metil yang terikat pada ikatan rangkap suatu alkena, semakin besar stabilitasnya. Ini karena ada lebih banyak atom hidrogen yang berpartisipasi dalam efek hiperkonjugasi.
Dengan cara ini, stabilitas 2,3-dimetil-2-butena lebih besar daripada 2-metil-2-butena, seperti terlihat pada gambar berikut:
Fenomena hiperkonjugasi juga dapat menjelaskan stabilitas relatif karbokation dan radikal bebas.