Strutture di risonanza: regole per la scrittura

Per la scrittura delle strutture di risonanza bisogna seguire determinate regole a partire dalla struttura di Lewis dal nome del chimico statunitense Gilbert Lewis.
1) Tutte le strutture di risonanza devono essere corrette strutture di Lewis

2) Tutte le strutture di risonanza di un ibrido devono avere lo stesso numero di elettroni accoppiati. Ad esempio:

CH₂=CH₂        ⇎    ↑·CH₂-CH₂·↑

_{elettroni accoppiati (π)      elettroni non accoppiati}

3) Un insieme di strutture non deve comportare spostamento dei nuclei

4) A parità di altre condizioni, strutture isovalenti, ovvero strutture di risonanza aventi lo stesso numero di legami hanno peso maggiore di strutture eterovalenti (che hanno diverso numero di legami). Tra le strutture eterovalenti hanno peso maggiore quelle che presentano cariche negative su atomi elettronegativi

Ad esempio:

CH₂=CH-CH=CH₂  (più importante) <—– >C⁺H₂-CH=CH-C^–H₂ <—– > C^–H₂-CH=CH-CH₂⁺

5) Quanto più una struttura contiene separazione di carica, tanto meno essa è importante. Raramente una struttura ha qualche significato se contiene più di due cariche separate

6) La risonanza eterovalente aumenta la densità di carica negativa sugli atomi più elettronegativi. Ad esempio:

R₂C=O <—– > R₂C⁺-O^– <—– >R₂C^—O⁺ (contributo trascurabile)

7) Strutture nelle quali cariche di ugual segno sono vicine l’una all’altra hanno di regola contributo trascurabile

8) Strutture che richiedono l’espansione del guscio di valenza oltre otto elettroni da parte degli elementi del secondo periodo si possono escludere

9) In un sistema non saturo la delocalizzazione è massima quando lo scheletro sigma è piano

10) L’energia di risonanza è maggiore:

a)      Quando le strutture di risonanza sono tutte equivalenti come nel benzene o nello ioni RCOO^–

b)      Quanto maggiore è il numero di strutture ad energia approssimativamente uguale

Scrittura delle strutture di risonanza e frecce curve

In generale per ogni molecola coniugata si può scrivere una sola struttura ovvia ed è quindi utile un sistema operativo per generare da quella altre forme possibili e valutare in modo più chiaro la natura dell’ibrido di risonanza. Il criterio che si applica consiste nell’usare frecce curve ↺ per indicare lo spostamento puramente formale  di coppie elettroniche che è utile per illustrare la delocalizzazione di elettroni π. La convenzione delle frecce curve deve obbedire alle seguenti regole:

• La freccia curva indica lo spostamento di una coppia di elettroni dal piede della freccia (un legame multiplo o una coppia non condivisa) ad una posizione adiacente indicata dalla punta della freccia (un legame tra due atomi che diventa legame doppio oppure un atomo che acquista una coppia di elettroni)
• L’atomo al piede della freccia o di una serie di frecce diventa più positivo di una unità e quello alla punta della freccia più negativo di una unità
• Se un atomo riceve una coppia di elettroni esso deve cedere un’altra coppia in modo che non superi l’ottetto nel guscio di valenza. Ci sono tuttavia due casi in cui l’atomo può ricevere una coppia senza che debba disfarsi di un’altra coppia di elettroni:

a)      Quando l’atomo ha già un guscio di valenza incompleto come ad esempio R₃B, R₃C⁺

b)      Quando l’atomo è di un periodo superiore e può accomodare più di otto elettroni sistemando una o più coppie in orbitali d

• Le frecce determinano univocamente la struttura che è generata; su questa a sua volta si possono scrivere frecce in modo da generare la struttura di partenza
• La polarizzazione di un legame multiplo tra atomi diversi è dettata dalla differenza di elettronegatività tra essi. Così lo spostamento di elettroni avviene prevalentemente in direzione dell’atomo più elettronegativo. Analogamente gli elettroni vanno verso centri di carica positiva e si allontanano da centri di carica negativa