Введение
Организованный способ, которым молекулы упорядочены и отсортированы.
Химическая структура молекулы – это пространственное расположение её атомов и химических связей между ними. Определение химической структуры включает в себя установление молекулярной геометрии и, при возможности и необходимости, электронной структуры целевой молекулы или другого твердого вещества. Молекулярная геометрия описывает пространственное расположение атомов в молекуле и химические связи, удерживающие эти атомы вместе, и может быть представлена с помощью структурных формул и молекулярных моделей; полное описание электронной структуры включает в себя определение заполнения молекулярных орбиталей молекулы. Определение структуры может применяться к широкому спектру объектов – от очень простых молекул (например, двухатомного кислорода или азота) до очень сложных (например, белков или ДНК).
Предыстория
Теории химической структуры были впервые разработаны Августом Кекуле, Арчибальдом Скотом Купером и Александром Бутлеровым, среди прочих, примерно с 1858 года. Эти теории впервые установили, что химические соединения не являются случайным набором атомов и функциональных групп, а обладают определенным порядком, определяемым валентностью атомов, составляющих молекулу, что придает молекулам трехмерную структуру, которую можно определить или установить. При рассмотрении химической структуры необходимо различать простое соединение атомов внутри молекулы (химический состав), описание трехмерного расположения (молекулярная конфигурация, включающее, например, информацию о хиральности) и точное определение длин связей, углов и торсионных углов, то есть полное представление (относительных) атомных координат. При определении структуры химических соединений обычно стремятся, прежде всего и в минимальном объеме, установить схему и характер связи между всеми атомами в молекуле; по возможности, ищут трехмерные пространственные координаты атомов в молекуле (или другом твердом теле).
Структурное разъяснение
Методы, с помощью которых можно определить структуру молекулы, называются установлением структуры. Эти методы включают в себя:
concerning only connectivity of the atoms: spectroscopies such as nuclear magnetic resonance (proton and carbon 13 NMR), various methods of mass spectrometry (to give overall molecular mass, as well as fragment masses). Techniques such as absorption spectroscopy and the vibrational spectroscopies, infrared and Raman, provide, respectively, important supporting information about the numbers and adjacencies of multiple bonds, and about the types of functional groups (whose internal bonding gives vibrational signatures); further inferential studies that give insight into the contributing electronic structure of molecules include cyclic voltammetry and X ray photoelectron spectroscopy. concerning precise metric three dimensional information: can be obtained for gases by gas electron diffraction and microwave (rotational) spectroscopy (and other rotationally resolved spectroscopy) and for the crystalline solid state by X ray crystallography or neutron diffraction. These technique can produce three dimensional models at atomic scale resolution, typically to a precision of 0.001 Å for distances and 0.1° for angles (in unusual cases even better). Additional sources of information are: When a molecule has an unpaired electron spin in a functional group of its structure, ENDOR and electron spin resonance spectroscopes may also be performed. These latter techniques become all the more important when the molecules contain metal atoms, and when the crystals required by crystallography or the specific atom types that are required by NMR are unavailable to exploit in the structure determination. Finally, more specialized methods such as electron microscopy are also applicable in some cases.
касающиеся только связности 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). Методы, такие как абсорбционная спектроскопия и вибрационные спектроскопии, инфракрасная и Раманская, предоставляют, соответственно, важную дополнительную информацию о количестве и взаимном расположении множественных связей, а также о типах функциональных групп (внутренние связи которых дают вибрационные спектры); дальнейшие исследования, позволяющие получить представление о вкладе электронной структуры молекул, включают циклическую вольтамперометрию и рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию.
concerning only connectivity of the atoms: spectroscopies such as nuclear magnetic resonance (proton and carbon 13 NMR), various methods of mass spectrometry (to give overall molecular mass, as well as fragment masses). Techniques such as absorption spectroscopy and the vibrational spectroscopies, infrared and Raman, provide, respectively, important supporting information about the numbers and adjacencies of multiple bonds, and about the types of functional groups (whose internal bonding gives vibrational signatures); further inferential studies that give insight into the contributing electronic structure of molecules include cyclic voltammetry and X ray photoelectron spectroscopy. concerning precise metric three dimensional information: can be obtained for gases by gas electron diffraction and microwave (rotational) spectroscopy (and other rotationally resolved spectroscopy) and for the crystalline solid state by X ray crystallography or neutron diffraction. These technique can produce three dimensional models at atomic scale resolution, typically to a precision of 0.001 Å for distances and 0.1° for angles (in unusual cases even better). Additional sources of information are: When a molecule has an unpaired electron spin in a functional group of its structure, ENDOR and electron spin resonance spectroscopes may also be performed. These latter techniques become all the more important when the molecules contain metal atoms, and when the crystals required by crystallography or the specific atom types that are required by NMR are unavailable to exploit in the structure determination. Finally, more specialized methods such as electron microscopy are also applicable in some cases.
касающиеся точной трехмерной метрической информации: для газов она может быть получена с помощью газовой электронной дифракции и микроволновой (вращательной) спектроскопии (и других спектроскопий с вращательным разрешением), а для кристаллического твердого тела – с помощью рентгеновской кристаллографии или нейтронной дифракции. Эти методы позволяют создавать трехмерные модели с атомным разрешением, обычно с точностью 0,001 Å для расстояний и 0,1° для углов (в редких случаях – еще выше).
concerning only connectivity of the atoms: spectroscopies such as nuclear magnetic resonance (proton and carbon 13 NMR), various methods of mass spectrometry (to give overall molecular mass, as well as fragment masses). Techniques such as absorption spectroscopy and the vibrational spectroscopies, infrared and Raman, provide, respectively, important supporting information about the numbers and adjacencies of multiple bonds, and about the types of functional groups (whose internal bonding gives vibrational signatures); further inferential studies that give insight into the contributing electronic structure of molecules include cyclic voltammetry and X ray photoelectron spectroscopy. concerning precise metric three dimensional information: can be obtained for gases by gas electron diffraction and microwave (rotational) spectroscopy (and other rotationally resolved spectroscopy) and for the crystalline solid state by X ray crystallography or neutron diffraction. These technique can produce three dimensional models at atomic scale resolution, typically to a precision of 0.001 Å for distances and 0.1° for angles (in unusual cases even better). Additional sources of information are: When a molecule has an unpaired electron spin in a functional group of its structure, ENDOR and electron spin resonance spectroscopes may also be performed. These latter techniques become all the more important when the molecules contain metal atoms, and when the crystals required by crystallography or the specific atom types that are required by NMR are unavailable to exploit in the structure determination. Finally, more specialized methods such as electron microscopy are also applicable in some cases.
Дополнительные источники информации: если молекула имеет неспаренный электронный спин в функциональной группе своей структуры, могут быть также применены спектроскопия ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) и ЭНДОР. Эти последние методы становятся особенно важными, когда молекулы содержат атомы металлов, или когда кристаллы, необходимые для кристаллографии, или конкретные типы атомов, необходимые для ЯМР, недоступны для определения структуры. Наконец, в некоторых случаях применимы более специализированные методы, такие как электронная микроскопия.
concerning only connectivity of the atoms: spectroscopies such as nuclear magnetic resonance (proton and carbon 13 NMR), various methods of mass spectrometry (to give overall molecular mass, as well as fragment masses). Techniques such as absorption spectroscopy and the vibrational spectroscopies, infrared and Raman, provide, respectively, important supporting information about the numbers and adjacencies of multiple bonds, and about the types of functional groups (whose internal bonding gives vibrational signatures); further inferential studies that give insight into the contributing electronic structure of molecules include cyclic voltammetry and X ray photoelectron spectroscopy. concerning precise metric three dimensional information: can be obtained for gases by gas electron diffraction and microwave (rotational) spectroscopy (and other rotationally resolved spectroscopy) and for the crystalline solid state by X ray crystallography or neutron diffraction. These technique can produce three dimensional models at atomic scale resolution, typically to a precision of 0.001 Å for distances and 0.1° for angles (in unusual cases even better). Additional sources of information are: When a molecule has an unpaired electron spin in a functional group of its structure, ENDOR and electron spin resonance spectroscopes may also be performed. These latter techniques become all the more important when the molecules contain metal atoms, and when the crystals required by crystallography or the specific atom types that are required by NMR are unavailable to exploit in the structure determination. Finally, more specialized methods such as electron microscopy are also applicable in some cases.