Parce que les carbènes sont des molécules à haut contenu énergétique, ils doivent être fabriqués à partir de précurseurs à haute énergie, ou une énergie supplémentaire doit être fournie par des sources externes. Les transformations chimiques induites par la lumière, appelées réactions photochimiques, sont souvent utilisées pour préparer les carbènes, car l’énergie de la lumière absorbée est prise dans les structures à haute énergie. Les composés organiques contenant un groupe diazoïque (deux atomes d’azote reliés entre eux et à un atome de carbone par une double liaison) sont les précurseurs de carbènes les plus fréquemment utilisés. La structure moléculaire des composés diazoïques est représentée par la formule généralisée
dans laquelle R et R′ représentent deux groupes organiques, qui peuvent être identiques ou différents. Par photolyse ou pyrolyse (traitement par la lumière ou la chaleur, respectivement), les composés diazoïques se clivent pour donner le carbène correspondant et une molécule libre d’azote gazeux. Les diazirines, qui sont des composés cycliques, dont la structure est similaire à celle des composés diazoïques, subissent la même réaction de clivage et sont fréquemment utilisées comme précurseurs des carbènes. La production d’un carbène à partir d’un composé diazoïque se produit comme indiqué ci-dessous :
Lorsque la photolyse des composés diazoïques est effectuée à très basse température dans un milieu solide non réactif, il est souvent possible d’empêcher le carbène obtenu de subir d’autres réactions. Des quantités mesurables du carbène peuvent donc persister dans le milieu solide, ou matrice, pendant une longue période. Par exemple, le méthylène, le carbène le plus réactif de tous, a été produit dans une matrice cristalline de xénon, un gaz inerte (refroidi au point d’ébullition de l’hélium), dans laquelle il a persisté suffisamment longtemps pour être étudié. De nombreux autres carbènes ont été produits par des techniques similaires d’isolement de la matrice.
La décomposition photolytique de certains cétènes, substances dont les molécules contiennent deux atomes de carbone et un atome d’oxygène reliés par des doubles liaisons,
donne du monoxyde de carbone et des carbènes, comme le montre l’équation suivante :
Dans certaines circonstances, les cyclopropanes, dont les molécules contiennent des cycles carbonés à trois chaînons, peuvent servir de précurseurs de carbènes dans les réactions photochimiques. Par exemple, le 1,1,2,2,-tétraphénylcyclopropane est converti en diphénylcarbène par la réaction
La formation de carbènes par le biais d’intermédiaires chargés électriquement, ou ioniques, est illustrée par la réaction du chloroforme avec une base forte, le tert-butoxyde de potassium. Dans la première étape de cette réaction, un proton ou un ion hydrogène (H+) est retiré de la molécule de chloroforme dans une réaction acide-base normale. Le trichlorométhide de potassium résultant perd ensuite du chlorure de potassium pour donner du dichlorocarbène. D’autres haloformes, composés répondant à la formule HCX3, dans laquelle X équivaut à un atome de chlore, de brome ou d’iode, réagissent de manière équivalente pour former les dihalocarbènes correspondants
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