Thermodynamics of Ylide Formation from Carbenes and Carbonyl Compounds

Abstract

Thermodynamic parameters for the reaction of CH2 (singlet and triplet), CF2 and C(OH)2 carbenes with formaldehyde, acetaldehyde and acetone, forming carbonyl ylides, were determined using high level ab initio molecular orbital calculations. Singlet methylene forms a stable ylide with the three carbonyl compounds, with a deltaHº of -41.6 kcal/mol, -40.0 kcal/mol (E isomer), -44.5 kcal/mol (Z isomer) and -40.8 kcal/mol, respectively. Triplet methylene also forms a y lide with formaldehyde with a deltaE of -15.7 kcal/mol, resulting in the triplet ylide being formed reversibly. For the reaction with formaldehyde, the CF2 and C(OH)2 carbenes have a positive deltaHº of 13.0 kcal/mol and 22.0 kcal/mol, and a deltaGº of 25.3 kcal/mol and 34.0 kcal/mol, respectively. Due to its unfavorable free energy of formation, and the potential competition of direct 1,2 cycloaddition of carbene to the C=O group, CF2 and C(OH)2 should not react with carbonyl compounds forming ylides.

Translated abstract

Os parâmetros termodinâmicos para a reação dos carbenos CH2 (simpleto e tripleto), CF2 e C(OH)2 com formaldeído, acetaldeído e acetona foram determinados através de cálculos ab initio de alto nível. O metileno simpleto forma ilídeos estáveis com os três compostos carbonílicos, tendo um deltaHº de reação de -41.6 kcal/mol, -40.0 kcal/mol (isômero E), -44.5 kcal/mol (isômero Z) e -40.8 kcal/mol, respectivamente. O metileno tripleto também forma ilídeo com formaldeído, com um deltaE de reação de -15.7 kcal/mol, resultando que a formação do ilídeo neste estado eletrônico é reversível. Já os carbenos CF2 e C(OH)2 formam ilídeos com formaldeído com um deltaHº de 13.0 kcal/mol e 22.0 kcal/mol, e um deltaGº de 25.3 kcal/mol e 34.0kcal/mol, respectivamente. Estes valores positivos de energia livre indicam que estes ilídeos não devem ser formados a partir de carbenos e carbonilas, e possivelmente estes carbenos reagem com aldeídos e cetonas por cicloadição 1,2.