Химическая структура

Химическая структура молекулы – это пространственное расположение ее атомов и их химических связей. Его определение включает в себя геометрии определение химиком молекулы и, если это возможно и необходимо, электронной структуры целевой молекулы или другого твердого тела. Молекулярная геометрия относится к пространственному расположению атомов в молекуле и химическим связям , которые удерживают атомы вместе, и может быть представлена с помощью структурных формул и молекулярных моделей ; ^[1] молекулы Полные описания электронной структуры включают определение занятости молекулярных орбиталей . ^[2]^[3] Определение структуры может применяться к широкому спектру мишеней: от очень простых молекул (например, двухатомного кислорода или азота ) до очень сложных (например, таких как белок или ДНК ).

Фон

Теории химического строения были впервые разработаны Августом Кекуле , Арчибальдом Скоттом Купером и Александром Бутлеровым , среди других, примерно с 1858 года. ^[4] Эти теории первыми заявили, что химические соединения не представляют собой случайный кластер атомов и функциональных групп, а скорее имеют определенный порядок, определяемый валентностью атомов , составляющих молекулу, что придает молекулам трехмерную структуру, которую можно определить или решить. .

Что касается химической структуры, следует различать чистую связь атомов внутри молекулы (химический состав), описание трехмерного расположения ( молекулярная конфигурация включает, например, информацию о хиральности ) и точное определение длин связей, углов и торсионные углы, т.е. полное представление (относительных) координат атома.

При определении структуры химических соединений обычно стремятся получить, в первую очередь, как минимум, структуру и степень связей между всеми атомами в молекуле; когда это возможно, ищут трехмерные пространственные координаты атомов в молекуле (или другом твердом теле). ^[5]

Структурное объяснение

Методы, с помощью которых можно определить структуру молекулы, называются структурными выяснениями . Эти методы включают в себя:

относительно только соединения атомов: спектроскопия, такая как ядерный магнитный резонанс ( протон и ЯМР углерода-13 ), различные методы масс-спектрометрии (для определения общей молекулярной массы, а также массы фрагментов). Такие методы, как абсорбционная спектроскопия и колебательная спектроскопия. , инфракрасный и рамановский , предоставляют, соответственно, важную вспомогательную информацию о количестве и расположении множественных связей, а также о типах функциональных групп (чья внутренняя связь дает колебательные подписи); Дальнейшие исследования, которые дают представление об электронной структуре молекул, включают циклическую вольтамперометрию и рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию .
относительно точной метрической трехмерной информации: может быть получена для газов с помощью газовой электронной дифракции и микроволновой (вращательной) спектроскопии (и другой спектроскопии с вращательным разрешением), а для кристаллического твердого состояния - с помощью рентгеновской кристаллографии. ^[6] или дифракция нейтронов. Этот метод позволяет создавать трехмерные модели с разрешением атомного масштаба , обычно с точностью 0,001 Å для расстояний и 0,1° для углов (в необычных случаях даже лучше). ^[7]^[6]

Дополнительные источники информации: Когда молекула имеет неспаренный электронный спин в функциональной группе ее структуры, ENDOR и электронно-спинового резонанса также могут быть выполнены спектроскопии . Эти последние методы становятся тем более важными, когда молекулы содержат атомы металлов и когда кристаллы, необходимые для кристаллографии, или определенные типы атомов, необходимые для ЯМР, недоступны для использования при определении структуры. более специализированные методы, такие как электронная микроскопия Наконец, в некоторых случаях применимы и .

См. также

Структурная химия
Схема химической структуры
Кристаллографическая база данных
MOGADOC База данных экспериментальных структур, определенных в газовой фазе.
Принцип исключения Паули
Генератор химических графов

Ссылки

^ Хааланд, Арне (2008). Молекулы и модели: молекулярные структуры соединений элементов основных групп . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-923535-3 . OCLC 173809048 .
^ Вейнхольд, Фрэнк; Лэндис, Кларк Р. (2005). Валентность и связь: взгляд на донорно-акцепторную орбитальную орбиту естественной связи . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-83128-8 . OCLC 59712377 .
^ Гиллеспи, Рональд Дж.; Попелье, Пол Л.А. (2001). Химическая связь и молекулярная геометрия: от Льюиса к электронной плотности . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-510495-1 . OCLC 43552798 .
^ 36-й конгресс немецких врачей и ученых 1861 г.
^ Уэллс, А.Ф. (Александр Франк), 1912- (12 июля 2012 г.). Структурная неорганическая химия (Пятое изд.). Оксфорд. ISBN 978-0-19-965763-6 . OCLC 801026482 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б Рэнкин, Дэвид WH (2 января 2013 г.). Структурные методы в молекулярной неорганической химии . Моррисон, Кэрол А., 1972-, Митцель, Норберт В., 1966-. Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания. ISBN 978-1-118-46288-1 . OCLC 810442747 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Глускер, Дженни Пикворт. (1994). Анализ кристаллической структуры для химиков и биологов . Льюис, Митчелл, Росси, Мириам. Нью-Йорк: ВЧ. ISBN 0-89573-273-4 . ОСЛК 25412161 .

Дальнейшее чтение

Галлахер, Уоррен (2006). «Лекция 7: Определение структуры методом рентгеновской кристаллографии». Chem 406: Биофизическая химия (PDF) (самоизданные конспекты курса). О-Клер, Висконсин, США: Университет Висконсина-О-Клэр, факультет химии . Проверено 2 июля 2014 г.
Уорд, Южная Каролина; Лайтфут, член парламента; Бруно, Эй Джей; Грум, Чехия (1 апреля 2016 г.). «Кембриджская структурная база данных» . Acta Crystallographica Раздел B. 72 (2): 171–179. дои : 10.1107/S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . ПМЦ 4822653 . ПМИД 27048719 .

[1] Хааланд, Арне (2008). Молекулы и модели: молекулярные структуры соединений элементов основных групп . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-923535-3 . OCLC 173809048 .

[2] Вейнхольд, Фрэнк; Лэндис, Кларк Р. (2005). Валентность и связь: взгляд на донорно-акцепторную орбитальную орбиту естественной связи . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-83128-8 . OCLC 59712377 .

[3] Гиллеспи, Рональд Дж.; Попелье, Пол Л.А. (2001). Химическая связь и молекулярная геометрия: от Льюиса к электронной плотности . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-510495-1 . OCLC 43552798 .

[4] 36-й конгресс немецких врачей и ученых 1861 г.

[5] Уэллс, А.Ф. (Александр Франк), 1912- (12 июля 2012 г.). Структурная неорганическая химия (Пятое изд.). Оксфорд. ISBN 978-0-19-965763-6 . OCLC 801026482 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[:0-6] Перейти обратно: ^а ^б Рэнкин, Дэвид WH (2 января 2013 г.). Структурные методы в молекулярной неорганической химии . Моррисон, Кэрол А., 1972-, Митцель, Норберт В., 1966-. Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания. ISBN 978-1-118-46288-1 . OCLC 810442747 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[7] Глускер, Дженни Пикворт. (1994). Анализ кристаллической структуры для химиков и биологов . Льюис, Митчелл, Росси, Мириам. Нью-Йорк: ВЧ. ISBN 0-89573-273-4 . ОСЛК 25412161 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]