Estructura química

Una forma organizada en la que las moléculas se ordenan y clasifican.

Estructura química del pentóxido de fósforo en dimensiones 2D

Una determinación de la estructura química incluye que un químico especifique la geometría molecular y, cuando sea factible y necesario, la estructura electrónica de la molécula objetivo u otro sólido. La geometría molecular se refiere a la disposición espacial de los átomos en una molécula y los enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos, y se puede representar mediante fórmulas estructurales y modelos moleculares ; ^{[1] Las} descripciones completas de estructuras electrónicas incluyen la especificación de la ocupación de los orbitales moleculares de una molécula . ^{[2] [3]}La determinación de la estructura se puede aplicar a una variedad de objetivos, desde moléculas muy simples (por ejemplo, oxígeno o nitrógeno diatómico ), hasta muy complejas (por ejemplo, como proteínas o ADN ).

Fondo

Las teorías de la estructura química fueron desarrolladas por primera vez por August Kekulé , Archibald Scott Couper y Aleksandr Butlerov , entre otros, alrededor de 1858. ^[4] Estas teorías fueron las primeras en afirmar que los compuestos químicos no son un grupo aleatorio de átomos y grupos funcionales, sino más bien tenía un orden definido definido por la valencia de los átomos que componen la molécula, dando a las moléculas una estructura tridimensional que podría determinarse o resolverse.

Con respecto a la estructura química, hay que distinguir entre la conectividad pura de los átomos dentro de una molécula (constitución química), una descripción de una disposición tridimensional ( configuración molecular , incluye, por ejemplo, información sobre quiralidad ) y la determinación precisa de las longitudes de los enlaces, los ángulos y la torsión. ángulos, es decir, una representación completa de las coordenadas atómicas (relativas).

Al determinar las estructuras de los compuestos químicos , generalmente se busca obtener, primero y mínimamente, el patrón y el grado de enlace entre todos los átomos de la molécula; cuando es posible, se buscan las coordenadas espaciales tridimensionales de los átomos en la molécula (u otro sólido). ^[5]

Los métodos mediante los cuales se puede dilucidar la estructura de una molécula incluyen:

• en relación únicamente con la conectividad de los átomos: espectroscopias como la resonancia magnética nuclear ( RMN de protón y carbono-13 ), varios métodos de espectrometría de masas (para dar la masa molecular general, así como las masas de los fragmentos) .Técnicas como la espectroscopía de absorción y las espectroscopias vibracionales. , infrarrojos y Raman, proporcionan, respectivamente, importante información de apoyo sobre el número y las adyacencias de múltiples enlaces, y sobre los tipos de grupos funcionales (cuyo enlace interno da firmas vibratorias); más estudios inferenciales que dan una idea de la estructura electrónica contribuyendo de moléculas incluyen voltametría cíclica y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X .
• relativa a información tridimensional métrica precisa se puede obtener para gases por difracción de electrones gaseosos y espectroscopia de microondas (rotacional) (y otra espectroscopia resuelta rotacionalmente) y para el estado sólido cristalino por cristalografía de rayos X ^[6] o difracción de neutrones. Esta técnica puede producir modelos tridimensionales a una resolución de escala atómica , típicamente con una precisión de 0.001 Å para distancias y 0.1 ° para ángulos (en casos inusuales incluso mejor). ^{[7] [6]}

Otras fuentes de información son: Cuando una molécula tiene un espín de electrones no apareado en un grupo funcional de su estructura, también se pueden realizar espectroscopios de resonancia ENDOR y de espín de electrones . Estas últimas técnicas se vuelven aún más importantes cuando las moléculas contienen átomos de metal y cuando los cristales requeridos por la cristalografía o los tipos de átomos específicos que requiere la RMN no están disponibles para explotar en la determinación de la estructura. Finalmente, métodos más especializados como la microscopía electrónica también son aplicables en algunos casos.

Ver también

• Química estructural
• Diagrama de estructura química
• Base de datos cristalográfica
• principio de exclusión de Pauli
• Generador de gráficos químicos

Referencias

1. Haaland, Arne. (2008). Moléculas y modelos: las estructuras moleculares de los compuestos de elementos del grupo principal . Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 978-0-19-923535-3. OCLC  173809048 .
2. Weinhold, Frank, 1941- (2005). Valencia y vinculación: una perspectiva de donante-aceptor orbital de vínculo natural . Landis, Clark R., 1956-. Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 0-521-83128-8. OCLC  59712377 .
3. Gillespie, Ronald J. (Ronald James) (2001). Enlace químico y geometría molecular: de Lewis a densidades de electrones . Popelier, Paul LA Nueva York: Oxford University Press. ISBN 0-19-510495-1. OCLC  43552798 .
4. 36 ° congreso de médicos y científicos alemanes 1861
5. Wells, AF (Alexander Frank), 1912-. Química inorgánica estructural (Quinta ed.). Oxford. ISBN 978-0-19-965763-6. OCLC  801026482 .
6. Rankin, David WH Métodos estructurales en química inorgánica molecular . Morrison, Carole A., 1972-, Mitzel, Norbert W., 1966-. Chichester, West Sussex, Reino Unido. ISBN 978-1-118-46288-1. OCLC  810442747 .
7. Glusker, Jenny Pickworth. (1994). Análisis de estructuras cristalinas para químicos y biólogos . Lewis, Mitchell., Rossi, Miriam. Nueva York: VCH. ISBN 0-89573-273-4. OCLC  25412161 .

Otras lecturas

• Gallagher, Warren (2006). Clase 7: Determinación de la estructura por cristalografía de rayos X (PDF) . Chem 406: Biofísica Química (notas del curso autoeditadas). Eau Claire, WI, EE.UU .: Universidad de Wisconsin-Eau Claire, Departamento de Química . Consultado el 2 de julio de 2014 .
• Ward, SC; Lightfoot, diputado; Bruno, IJ; Groom, CR (1 de abril de 2016). La base de datos estructural de Cambridge . Acta Crystallographica Sección B . 72 . págs. 171-179. doi : 10.1107 / S2052520616003954 . ISSN  2052-5206 . PMC  4822653 . PMID  27048719 .