Kemisk struktur
En kemisk strukturbestämning inkluderar en kemist som specificerar molekylgeometrin och, när det är möjligt och nödvändigt, den elektroniska strukturen för målmolekylen eller annat fast ämne. Molekylär geometri hänvisar till det rumsliga arrangemanget av atomer i en molekyl och de kemiska bindningarna som håller samman atomerna, och kan representeras med hjälp av strukturformler och genom molekylära modeller ; fullständiga elektroniska strukturbeskrivningar 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. protein eller DNA ).
Bakgrund
Teorier om kemisk struktur utvecklades först av bland annat August Kekulé , Archibald Scott Couper och Aleksandr Butlerov från omkring 1858. Dessa teorier var först med att slå fast 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 utgör 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 inom en molekyl (kemisk konstitution), en beskrivning av ett tredimensionellt arrangemang ( molekylär konfiguration , inkluderar 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 av kemiska föreningar strävar man generellt efter att först och minimalt få 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 annat fast ämne).
Strukturell belysning
Metoderna med vilka man kan bestämma strukturen hos en molekyl kallas strukturell elucidation . Dessa metoder inkluderar:
- endast beträffande atomernas anslutningsmöjligheter: spektroskopier såsom kärnmagnetisk resonans ( proton och kol-13 NMR ), olika metoder för masspektrometri (för att ge total molekylmassa, såväl som fragmentmassor). Tekniker som absorptionsspektroskopi och vibrationsspektroskopi , infraröd respektive Raman , ger viktig stödjande information om antalet och närliggande till flera bindningar, och om typerna av funktionella grupper (vars inre bindning ger vibrationssignaturer); ytterligare inferentiella studier som ger insikt i den bidragande elektroniska strukturen hos molekyler inkluderar cyklisk voltammetri och röntgenfotoelektronspektroskopi .
- angående exakt metrisk tredimensionell information: kan erhållas för gaser genom gaselektrondiffraktion och mikrovågs(rotations)spektroskopi (och annan rotationsupplöst spektroskopi) och för det kristallina fasta tillståndet genom röntgenkristallografi eller neutrondiffraktion. Dessa tekniker kan producera tredimensionella modeller i atomisk upplösning , typiskt med en precision på 0,001 Å för avstånd och 0,1° för vinklar (i ovanliga fall ännu bättre).
Ytterligare informationskällor är: När en molekyl har ett oparat elektronspin i en funktionell grupp av dess struktur, kan ENDOR- och elektronspin-resonansspektroskop också utföras. Dessa senare tekniker blir desto viktigare när molekylerna innehåller metallatomer, och när de kristaller som krävs av kristallografi eller de specifika atomtyper som krävs av NMR inte är tillgängliga att utnyttja i strukturbestämningen. Slutligen är mer specialiserade metoder som elektronmikroskopi också tillämpliga i vissa fall.
Se även
- Strukturkemi
- Kemisk strukturdiagram
- Kristallografisk databas
- MOGADOC En databas för experimentella strukturer bestämda i gasfasen
- Pauli uteslutningsprincip
- Kemisk grafgenerator
Vidare läsning
- Gallagher, Warren (2006). Föreläsning 7: Strukturbestämning med röntgenkristallografi (PDF) . Chem 406: Biophysical Chemistry (egenpublicerade kursanteckningar). Eau Claire, WI, USA: University of Wisconsin-Eau Claire, Institutionen för kemi . Hämtad 2 juli 2014 .
- Ward, SC; Lightfoot, MP; Bruno, IJ; Brudgum, CR (1 april 2016). Cambridges strukturella databas . Acta Crystallographica Sektion B . Vol. 72. s. 171–179. doi : 10.1107/S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . PMC 4822653 . PMID 27048719 .