Carbene: differenze tra le versioni

Il carbene è una specie chimica metastabile con formula generale R₂C:, molto sfruttata in chimica organica e metallorganica a causa della sua reattività. Il capostipite dei carbeni è il metilene :CH₂, la cui esistenza è stata dimostrata nel 1959 con l'ausilio della spettroscopia; un altro carbene molto comune è il diclorocarbene :CCl₂. Un carbenoide è una specie, relativamente più stabile, che pur non essendo un carbene vero e proprio possiede caratteristiche e reattività molto simili (ad es. si addizionano agli alcheni nella sintesi di Simmons-Smith). Un semplice carbenoide è I-CH₂-ZnI. Nell'ultimo decennio del XX° secolo sono stati dimostrati e caratterizzati carbeni stabili.

Carbene singoletto, tripletto sp² e tripletto sp

Esistono due differenti tipi di carbeni: il carbene singoletto e il carbene tripletto. Il carbene singoletto è ibridato sp² ed è planare, possiede due elettroni appaiati e un orbitale p vuoto. Il carbene tripletto può invece essere sia planare sp² che lineare con ibridazione sp: caratteristica comune è la presenza di due elettroni spaiati. Da notare che la configurazione di spin tripletto genera paramagnetismo che rende possibile applicare la tecnica spettroscopica EPR per specie sufficientemente stabili. Normalmente lo stato di tripletto è quello a più bassa energia e quindi più stabile in condizioni normali.

Sintesi di carbeni

Le più comuni sintesi di carbeni implicano processi di fotolisi o eliminazione:

• fotolisi: ad esempio composti come il diazometano CH₂N₂ producono carbeni, :CH₂ in questo caso, eliminando azoto e raggiungendo maggiore stabilità;
• eliminazione: utilizzando una base molto forte, come n-butil litio, è possibile ottenere un carbene da un 1,1-dialogeno-alcano R₂CX₂. Specie con α-idrogeni acidi producono un carbene anche utilizzando una base più blanda come OH^-; così, ad esempio, il cloroformio CHCl₃ reagisce con soluzione di idrossido di sodio eliminando acido cloridrico e formando il diclorocarbene :CCl₂;
• particolari reazioni di decomposizione e riarrangiamento, come il riarrangiamento di Wolff, producono carbeni intermedi.

Reattività

Addizione di carbeni ad alcheni

Carbeni singoletti e tripletti mostrano differente reattività chimica.

• Il singoletto dà reazione stereospecifica syn di addizione ad alcheni: un alchene cis produce un cis-ciclopropano sostituito, un alchene trans produce un trans-ciclopropano sostituito.

• Un carbene tripletto è invece assimilabile ad un diradicale e non dà reazioni concertate. Reagendo genera sempre una coppia di isomeri (la reazione non è stereospecifica).

I carbeni reagiscono anche tramite sostituzione elettrofila con composti aromatici il cui anello risulta attivato da un sostituente (es. reazione di Reimer-Tiemann).

I carbeni sono impiegati anche nella sintesi di composti metallorganici con metalli del blocco d della tavola periodica. Un esempio è dato dal composto (CO)₅Cr=C(NR₂)(C₆H₅).