Estructura química
La estructura química de una molécula es la disposición espacial de sus átomos y sus enlaces químicos. Su determinación incluye la especificación por parte del químico de 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 la estructura electrónica 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 diatómicos ) hasta moléculas 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 que tienen un orden definido por la valencia de los átomos que componen la molécula, lo que les da a las moléculas una estructura tridimensional que puede determinarse o resolverse.
En lo que respecta 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 la quiralidad ) y la determinación precisa de longitudes de enlace, ángulos y ángulos de torsión, es decir, una representación completa de las coordenadas atómicas (relativas).
Al determinar las estructuras de los compuestos químicos , generalmente se intenta obtener, en primer lugar y como mínimo, 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 de la molécula (u otro sólido). [5]
Elucidación estructural
Los métodos mediante los cuales se puede determinar la estructura de una molécula se denominan elucidación estructural . Estos métodos 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 total, así como las masas de los fragmentos). Técnicas como la espectroscopia de absorción y las espectroscopias vibracionales , infrarrojas y Raman , proporcionan, respectivamente, importante información de apoyo sobre los números y adyacencias de enlaces múltiples, y sobre los tipos de grupos funcionales (cuyo enlace interno da firmas vibracionales); otros estudios inferenciales que dan una idea de la estructura electrónica contribuyente de las moléculas incluyen la voltamperometría cíclica y la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X.
- En lo que respecta a la información tridimensional métrica precisa, se puede obtener para gases mediante difracción de electrones de gas y espectroscopia de microondas (rotacional) (y otra espectroscopia de resolución rotacional) y para el estado sólido cristalino mediante cristalografía de rayos X [6] o difracción de neutrones. Estas técnicas pueden producir modelos tridimensionales con una resolución a escala atómica , normalmente con una precisión de 0,001 Å para distancias y 0,1° para ángulos (en casos excepcionales, incluso mejor). [7] [6]
Otras fuentes de información son: Cuando una molécula tiene un electrón de espín desapareado en un grupo funcional de su estructura, también se pueden utilizar espectroscopias de resonancia de espín electrónico y ENDOR . 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 se requieren por RMN no están disponibles para su explotación en la determinación de la estructura. Por último, en algunos casos también se pueden utilizar métodos más especializados, como la microscopía electrónica .
Véase también
- Química estructural
- Diagrama de estructura química
- Base de datos cristalográfica
- MOGADOC Una base de datos de estructuras experimentales determinadas en fase gaseosa
- Principio de exclusión de Pauli
- Generador de gráficos químicos
Referencias
- ^ Haaland, Arne (2008). Moléculas y modelos: las estructuras moleculares de los compuestos de los elementos del grupo principal. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-923535-3.OCLC 173809048 .
- ^ Weinhold, Frank; Landis, Clark R. (2005). Valencia y enlace: una perspectiva de enlace natural entre orbitales donadores y aceptores. Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 0-521-83128-8.OCLC 59712377 .
- ^ Gillespie, Ronald J.; Popelier, Paul LA (2001). Enlace químico y geometría molecular: de Lewis a densidades electrónicas. Nueva York: Oxford University Press. ISBN 0-19-510495-1.OCLC 43552798 .
- ^ 36º congreso de médicos y científicos alemanes 1861
- ^ Wells, AF (Alexander Frank), 1912- (12 de julio de 2012). Química inorgánica estructural (Quinta edición). Oxford. ISBN 978-0-19-965763-6.OCLC 801026482 .
{{cite book}}: CS1 maint: falta la ubicación del editor ( enlace ) CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ) - ^ ab Rankin, David WH (2 de enero de 2013). 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 .
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ) - ^ Glusker, Jenny Pickworth. (1994). Análisis de la estructura cristalina para químicos y biólogos. Lewis, Mitchell., Rossi, Miriam. Nueva York: VCH. ISBN. 0-89573-273-4.OCLC 25412161 .
Lectura adicional
- Gallagher, Warren (2006). "Lecture 7: Structure Determination by X-ray Crystallography". Chem 406: Biophysical Chemistry (PDF) (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, MP; Bruno, IJ; Groom, CR (1 de abril de 2016). "La base de datos estructural de Cambridge". Acta Crystallographica Sección B . 72 (2): 171–179. doi : 10.1107/S2052520616003954 . ISSN 2052-5206. PMC 4822653 . PMID 27048719.
