Struktura chemiczna
struktury chemicznej obejmuje określenie przez chemika geometrii cząsteczki oraz, jeśli jest to wykonalne i konieczne, struktury elektronowej cząsteczki docelowej lub innej substancji stałej. Geometria molekularna odnosi się do przestrzennego rozmieszczenia atomów w cząsteczce i wiązań chemicznych , które utrzymują atomy razem i może być reprezentowana za pomocą wzorów strukturalnych i modeli molekularnych ; pełne opisy struktur elektronowych obejmują określenie zajęcia orbitali molekularnych cząsteczki . Określenie struktury można zastosować do szeregu celów, od bardzo prostych cząsteczek (np. dwuatomowego tlenu lub azotu ), do bardzo złożonych (np. białek lub DNA ).
Tło
Teorie budowy chemicznej zostały po raz pierwszy opracowane między innymi przez Augusta Kekulé , Archibalda Scotta Coupera i Aleksandra Butlerova około 1858 r. Teorie te jako pierwsze stwierdzały, że związki chemiczne nie są przypadkowymi skupiskami atomów i grup funkcyjnych, ale raczej miały określony porządek zdefiniowany przez wartościowość atomów tworzących cząsteczkę, nadając cząsteczkom trójwymiarową strukturę, którą można określić lub rozwiązać .
Jeśli chodzi o budowę chemiczną, należy rozróżnić czystą łączność atomów w cząsteczce (budowę chemiczną), opis układu trójwymiarowego ( konfiguracja cząsteczkowa , zawiera np. informację o chiralności ) oraz precyzyjne określenie długości wiązań, kątów i skrętu kąty, czyli pełne przedstawienie (względnych) współrzędnych atomowych.
Przy określaniu struktur związków chemicznych dąży się na ogół do uzyskania przede wszystkim wzoru i stopnia wiązania między wszystkimi atomami w cząsteczce; jeśli to możliwe, poszukuje się trójwymiarowych współrzędnych przestrzennych atomów w cząsteczce (lub innej bryle).
Wyjaśnienie strukturalne
Metody, za pomocą których można określić strukturę cząsteczki, nazywane są wyjaśnianiem strukturalnym . Metody te obejmują:
- dotyczące tylko łączności atomów: spektroskopie , takie jak jądrowy rezonans magnetyczny ( protonowy i węglowy-13 NMR ), różne metody spektrometrii mas (do określania całkowitej masy cząsteczkowej, jak również masy fragmentów). Techniki, takie jak spektroskopia absorpcyjna i spektroskopia oscylacyjna , podczerwień i Ramana dostarczają odpowiednio ważnych informacji pomocniczych o liczbie i przyleganiu wiązań wielokrotnych oraz o typach grup funkcyjnych (których wiązanie wewnętrzne daje sygnatury wibracyjne); dalsze badania wnioskowania, które dają wgląd w składową strukturę elektronową cząsteczek, obejmują woltamperometrię cykliczną i rentgenowską spektroskopię fotoelektronów .
- dotyczące dokładnych metrycznych informacji trójwymiarowych: można je uzyskać dla gazów za pomocą gazowej dyfrakcji elektronów i spektroskopii mikrofalowej (rotacyjnej) (i innej spektroskopii rotacyjnej), a dla krystalicznego stanu stałego za pomocą krystalografii rentgenowskiej lub dyfrakcji neutronów. Technika ta umożliwia tworzenie trójwymiarowych modeli w rozdzielczości atomowej , zwykle z dokładnością do 0,001 Å dla odległości i 0,1° dla kątów (w nietypowych przypadkach nawet lepiej).
Dodatkowe źródła informacji to: Gdy cząsteczka ma niesparowany spin elektronu w grupie funkcyjnej swojej struktury, można również wykonać spektroskopy ENDOR i rezonansu elektronowo-spinowego . Te ostatnie techniki stają się jeszcze ważniejsze, gdy cząsteczki zawierają atomy metali, a kryształy wymagane przez krystalografię lub określone typy atomów wymagane przez NMR są niedostępne do wykorzystania w określaniu struktury. Wreszcie, w niektórych przypadkach zastosowanie mają również bardziej specjalistyczne metody, takie jak mikroskopia elektronowa .
Zobacz też
- Chemia strukturalna
- Schemat struktury chemicznej
- Krystalograficzna baza danych
- MOGADOC Baza danych struktur eksperymentalnych wyznaczanych w fazie gazowej
- Zasada wykluczenia Pauliego
- Generator wykresów chemicznych
Dalsza lektura
- Gallagher, Warren (2006). Wykład 7: Oznaczanie struktury metodą krystalografii rentgenowskiej (PDF) . Chem 406: Biophysical Chemistry (publikowane samodzielnie notatki z kursu). Eau Claire, WI, USA: Uniwersytet Wisconsin-Eau Claire, Wydział Chemii . Źródło 2 lipca 2014 r .
- Oddział, Karolina Południowa; Lightfoot, poseł; Bruno, IJ; Pan młody, CR (1 kwietnia 2016). Strukturalna baza danych Cambridge . Acta Crystallographica Sekcja B . Tom. 72. s. 171–179. doi : 10.1107/S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . PMC 4822653 . PMID 27048719 .