Kemisk struktur - Chemical structure
En kemisk strukturbestämning innefattar en kemist som specificerar molekylgeometrin och, när det är möjligt och nödvändigt, den elektroniska strukturen för målmolekylen eller andra fasta ämnen. Molekylär geometri avser det rumsliga arrangemanget av atomer i en molekyl och de kemiska bindningarna som håller atomerna samman och kan representeras med hjälp av strukturformler och med molekylära modeller . fullständiga beskrivningar av elektroniska strukturer inkluderar specificering av ockupationen av en molekyls molekylära orbitaler . Strukturbestämning kan tillämpas på en rad mål från mycket enkla molekyler (t.ex. diatomiskt syre eller kväve ) till mycket komplexa (t.ex. såsom protein eller DNA ).
Bakgrund
Teorier om kemisk struktur utvecklades först av bland andra August Kekulé , Archibald Scott Couper och Aleksandr Butlerov. Dessa teorier hävdade först att kemiska föreningar inte är ett slumpmässigt kluster av atomer och funktionella grupper utan snarare hade en bestämd ordning definierad av valensen hos de atomer som bildar molekylen, vilket ger molekylerna en tredimensionell struktur som kan bestämmas eller lösas.
När det gäller kemisk struktur måste man skilja mellan ren anslutning av atomerna i en molekyl (kemisk sammansättning), en beskrivning av ett tredimensionellt arrangemang ( molekylär konfiguration , inklusive t.ex. information om kiralitet ) och den exakta bestämningen av bindningslängder, vinklar och vridning vinklar, dvs en fullständig representation av de (relativa) atomkoordinaterna.
Vid bestämning av strukturer för kemiska föreningar syftar man generellt till att först, och minimalt, erhålla mönstret och graden av bindning mellan alla atomer i molekylen; när det är möjligt söker man de tredimensionella rumsliga koordinaterna för atomerna i molekylen (eller annan fast substans).
Metoderna genom vilka man kan belysa strukturen hos en molekyl inkluderar:
- gäller endast anslutning av atomer: spektroskopier såsom kärnmagnetisk resonans ( proton och kol-13 NMR ), olika metoder för masspektrometri (för att ge total molekylmassa, såväl som fragmentmassor). Teknik som absorptionsspektroskopi och vibrationsspektroskopier , infraröd och Raman , ger, respektive, viktig stödinformation om antalet och adjacenser för flera bindningar, och om typerna av funktionella grupper (vars interna bindning ger vibrationssignaturer); ytterligare inferensiella studier som ger insikt i den bidragande elektroniska strukturen hos molekyler inkluderar cyklisk voltammetri och röntgenfotoelektronspektroskopi .
- beträffande exakt metrisk tredimensionell information kan erhållas för gaser genom gaselektrondiffraktion och mikrovågsspektroskopi (rotations) (och annan rotationsupplöst spektroskopi) och för det kristallina fasta tillståndet genom röntgenkristallografi eller neutrondiffraktion. Dessa teknik kan producera tredimensionella modeller på atomär skala upplösning , typiskt till en precision av 0,001 Å för avstånd och 0,1 ° för vinklar (i ovanliga fall ännu bättre).
Ytterligare informationskällor är: När en molekyl har en oparad elektronsnurr i en funktionell grupp av dess struktur, kan ENDOR- och elektron-spin-resonansspektroskop också utföras. Dessa senare tekniker blir desto viktigare när molekylerna innehåller metallatomer, och när kristallerna som krävs genom kristallografi eller de specifika atomtyper som krävs av NMR är otillgängliga att utnyttja i strukturbestämningen. Slutligen är mer specialiserade metoder som elektronmikroskopi också tillämpliga i vissa fall.
Se även
- Strukturell kemi
- Kemisk struktur diagram
- Kristallografisk databas
- Pauli-uteslutningsprincip
- Kemisk grafgenerator
Referenser
Vidare läsning
- Gallagher, Warren (2006). Föreläsning 7: Bestämning av strukturen genom röntgenkristallografi (PDF) . Chem 406: Biofysisk kemi (självutgivna kursanteckningar). Eau Claire, WI, USA: University of Wisconsin-Eau Claire, Institutionen för kemi . Hämtad 2 juli 2014 .
- Ward, SC; Lightfoot, MP; Bruno, IJ; Groom, CR (1 april 2016). Cambridge Structural Database . Acta Crystallographica avsnitt B . 72 . s. 171–179. doi : 10.1107 / S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . PMC 4822653 . PMID 27048719 .