Formules limites et hybride de résonance
Partie
Question
Ecrire toutes les formules limites significatives de l'anion \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\) .
Ecrire l'hybride de résonance de l'anion \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\) .
Aide méthodologique
1. Il faut partir d'une formule limite et en déduire les autres par délocalisation progressive de la charge négative. On commence par exemple par la structure de Lewis correspondant à l'ion \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\) pour laquelle la charge négative est portée par le carbone benzylique (le carbone non cyclique).
Puis méthodiquement, pour ne pas oublier de structure, on représente pas à pas les différentes formules limites.
2. L'hybride de résonance résulte de la superposition des différentes formules limites de \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\) déterminées précédemment. On y porte les charges partielles qualitatives ainsi que les liaisons partielles (en pointillés).
Aide à la lecture
On demande d'écrire toutes les structures de Lewis possibles de l'ion \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\). Ces différentes structures sont appelées formules limites ou structures de résonance.
Il faut écrire l'hybride de résonance de l'ion \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\) qui résulte du mélange des différentes structures de résonances déterminées précédemment. Cet hybride de résonance fait apparaître des liaisons partielles typiques des molécules conjuguées.
Solution détaillée
1. La première structure de Lewis (1) correspond à l'ion \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\), pour laquelle la charge négative est portée par le carbone benzylique (le carbone non cyclique).
On considère ensuite une délocalisation des électrons sur le cycle benzénique du haut, on obtient une nouvelle structure résonante par mouvement de deux paires d'électrons directement conjuguées (la charge négative portée par le carbone benzylique et les deux électrons \(\pi\) de la double liaison du cycle). On obtient une nouvelle structure de résonance faisant apparaître la charge négative sur le cycle benzénique (2).
Ces deux premières structures de résonance ainsi que les suivantes sont connectées par des flèches à double pointe.
En considérant de nouveau une délocalisation des électrons sur le même cycle benzénique, on obtient une nouvelle structure résonante (3).
Cette opération est reconduite de façon à revenir à la structure dont la charge négative est portée par le carbone benzylique. On remarquera cependant l'inversion des doubles liaisons à l'intérieur du cycle benzénique.
De la même façon, quatre nouvelles structures de résonance sont obtenues en considérant une délocalisation des électrons sur le cycle benzénique du bas. Dans le schéma de résonance complet, les différentes structures de résonance sont placées entre crochets.
La structure de résonance finale fait apparaître une inversion des doubles liaisons des deux cycles benzéniques par rapport à la structure de départ et la charge négative est de nouveau localisée sur le carbone benzylique.
2. Pour écrire l'hybride de résonance de l'ion \(\textrm{Ph}_2\textrm{CH}^-\), il convient de combiner les différentes structures de résonances déterminées précédemment. La superposition des différentes structures fait apparaître une délocalisation de la charge négative sur les deux cycles aromatiques, avec alternance de carbones chargés négativement ou non chargés.
Cette délocalisation est représentée par des traits en pointillés. Une densité électronique plus importante est obtenue sur les différents carbones qui portaient précédemment la charge négative au niveau des différentes structures de résonance. Ces excès de charge, qui ne sont en fait qu'une fraction de la charge négative de l'ion, sont représentés qualitativement par le symbole \(\delta^-\). Cependant pour des raisons de symétrie, on distingue les charges partielles sur les carbones non équivalents. Les valeurs de \(\delta_1\), \(\delta_2\), \(\delta_3\) et \(\delta_4\) vérifient la conservation de la charge totale :
\(\delta_1^-+2.\delta_2^-+2.\delta_3^-+2.\delta_4^-=-1\)