Химическая структура определения включает в себя аптеку с указанием молекулярной геометрии , и, когда это возможно и необходимо, электронная структура молекулы - мишени или другого твердого вещества. 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] полное описание электронной структуры включает указание заполнения молекулярных орбиталей молекулы . [2] [3]Определение структуры может применяться к целому ряду мишеней от очень простых молекул (например, двухатомного кислорода или азота ) до очень сложных (например, таких как белок или ДНК ).
Фон [ править ]
Теории химической структуры были впервые разработаны Августом Кекуле , Арчибальдом Скоттом Купером и Александром Бутлеровым , среди прочих, примерно с 1858 года. [4] Эти теории были первыми, в которых утверждалось, что химические соединения не являются случайным кластером атомов и функциональных групп, а а имел определенный порядок , определяемый валентности из атомов , составляющих молекулу, давая молекулам трехмерную структуру , которая может быть определена или устранена.
Что касается химической структуры, нужно различать чистую связность атомов внутри молекулы (химический состав), описание трехмерного расположения ( молекулярная конфигурация , включая, например, информацию о хиральности ) и точное определение длин связей, углов и кручения. углы, т.е. полное представление (относительных) координат атомов.
При определении структур химических соединений обычно стремятся получить, во-первых, минимально структуру и степень связи между всеми атомами в молекуле; когда это возможно, ищут трехмерные пространственные координаты атомов в молекуле (или другом твердом теле). [5]
Методы, с помощью которых можно выяснить структуру молекулы, включают:
- касаются только связи атомов: спектроскопии, такие как ядерный магнитный резонанс ( протонный и углерод-13 ЯМР ), различные методы масс-спектрометрии (для определения общей молекулярной массы, а также масс фрагментов) .Такие методы, как абсорбционная спектроскопия и колебательная спектроскопия. , инфракрасный и рамановский, предоставляют, соответственно, важную вспомогательную информацию о количестве и смежности кратных связей, а также о типах функциональных групп (чья внутренняя связь дает вибрационные сигнатуры); Дальнейшие исследования, которые дают представление об электронной структуре молекул, включают циклическую вольтамперометрию и рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию .
- Что касается точной метрической трехмерной информации, то для газов можно получить электронную дифракцию и микроволновую (вращательную) спектроскопию (и другую спектроскопию с вращательным разрешением), а для кристаллического твердого тела - рентгеновскую кристаллографию [6] или нейтронную дифракцию. Этот метод позволяет создавать трехмерные модели с разрешением в атомном масштабе , как правило, 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 своей структуры, также могут быть выполнены спектроскопы ENDOR и электронно-спинового резонанса . Эти последние методы становятся тем более важными, когда молекулы содержат атомы металлов, и когда кристаллы, требуемые кристаллографией, или определенные типы атомов, которые требуются для ЯМР, недоступны для использования при определении структуры. Наконец, в некоторых случаях применимы и более специализированные методы, такие как электронная микроскопия .
См. Также [ править ]
- Структурная химия
- Схема химического строения
- Кристаллографическая база данных
- Принцип исключения Паули
- Генератор химического графа
Ссылки [ править ]
- ^ Хааланд, Арне. (2008). Молекулы и модели: молекулярные структуры соединений основных групп элементов . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-923535-3. OCLC 173809048 .
- ^ Вейнхолд, Франк, 1941- (2005). Валентность и связь: перспектива орбитального донора-акцептора естественной связи . Лэндис, Кларк Р., 1956–. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-83128-8. OCLC 59712377 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Гиллеспи, Рональд Дж. (Рональд Джеймс) (2001). Химическая связь и молекулярная геометрия: от Льюиса до электронной плотности . Попелье, Пол Л.А. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-510495-1. OCLC 43552798 .
- ^ 36-й съезд немецких врачей и ученых 1861 г.
- ^ Уэллс, AF (Александр Франк), 1912-. Структурная неорганическая химия (Пятое изд.). Оксфорд. ISBN 978-0-19-965763-6. OCLC 801026482 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ a b Ранкин, Дэвид WH Структурные методы в молекулярной неорганической химии . Моррисон, Кэрол А., 1972-, Мицель, Норберт В., 1966-. Чичестер, Западный Сассекс, Великобритания. ISBN 978-1-118-46288-1. OCLC 810442747 .
- ^ Глускер, Дженни Pickworth. (1994). Анализ кристаллической структуры для химиков и биологов . Льюис, Митчелл., Росси, Мириам. Нью-Йорк: ВЧ. ISBN 0-89573-273-4. OCLC 25412161 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Галлахер, Уоррен (2006). Лекция 7: Определение структуры методом рентгеновской кристаллографии (PDF) . Chem 406: Biophysical Chemistry (самоизданные заметки к курсу). О-Клэр, Висконсин, США: Университет Висконсина-О-Клэр, факультет химии . Проверено 2 июля 2014 года .
- Уорд, Южная Каролина; Лайтфут, МП; Bruno, IJ; Жених, ЧР (1 апреля 2016 г.). Кембриджская структурная база данных . Acta Crystallographica Раздел B . 72 . С. 171–179. DOI : 10.1107 / S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . PMC 4822653 . PMID 27048719 .
