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 puede representarse 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 puede aplicarse a una variedad de objetivos, desde moléculas muy simples (p. ej., oxígeno o nitrógeno diatómico ) hasta otras muy complejas (p. ej., como proteínas o ADN ).

Historia

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. Kekulé propuso las primeras ideas sobre la valencia al sugerir que los elementos tenían un número preferido de enlaces químicos. Couper desarrolló los primeros diagramas de estructura química , formas de representar la estructura en papel. Butlerov fue el primero en utilizar el concepto de "estructura" en química y en reconocer que los compuestos químicos no son un conjunto aleatorio de átomos y grupos funcionales, sino que poseen un orden definido por la valencia de los elementos que componen la molécula. ^{[ 4 ]}

En 1883, Alexander Crum Brown dedujo la estructura cristalina del NaCl y construyó un modelo del mismo utilizando agujas de tejer y ovillos de lana. También propuso una estructura para el ácido etanoico que coincide con los modelos modernos mucho antes de que se desarrollaran las técnicas experimentales de análisis estructural. ^{[ 4 ]}

Fondo

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 , que incluye, por ejemplo, información sobre quiralidad ) y la determinación precisa de las longitudes de enlace, los ángulos y los ángulos de torsión, es decir, una representación completa de las coordenadas atómicas (relativas).

Al determinar las estructuras de los compuestos químicos , generalmente se busca 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 lo que respecta únicamente a la conectividad de los átomos: espectroscopías como la resonancia magnética nuclear ( RMN de protón y carbono-13 ) y varios métodos de espectrometría de masas (para obtener la masa molecular total, así como las masas de los fragmentos). Técnicas como la espectroscopía de absorción y las espectroscopías vibracionales , infrarroja y Raman , proporcionan, respectivamente, información de apoyo importante sobre el número y las adyacencias de los 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 voltametría cíclica y la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X.
En cuanto a la información métrica tridimensional precisa, se puede obtener para gases mediante difracción de electrones de gas y espectroscopia de microondas (rotacional) (y otras espectroscopias con 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 resolución a escala atómica , típicamente 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 presenta un espín electrónico desapareado en un grupo funcional de su estructura, también se pueden realizar espectroscopías ENDOR y de resonancia de espín electrónico . Estas últimas técnicas cobran mayor importancia cuando las moléculas contienen átomos metálicos y cuando no se dispone de los cristales necesarios para la cristalografía o de los tipos de átomos específicos requeridos por la RMN para la determinación de la estructura. Finalmente, en algunos casos también se pueden aplicar métodos más especializados, como la microscopía electrónica .

TeX para estructuras químicas

Chemfig y tikz son complementos de paquetes para LaTeX para estructuras químicas. ^{[ 8 ]}

Véase también

ChemDraw : software para diagramas de estructuras químicas
generador de gráficos químicos
Base de datos cristalográfica
principio de exclusión de Pauli
Química estructural
Fórmula estructural

Referencias

↑ Haaland, Arne (2008). Moléculas y modelos: Las estructuras moleculares de los compuestos de los elementos del grupo principal . Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-923535-3OCLC 173809048
↑ Weinhold, Frank; Landis, Clark R. (2005). Valencia y enlace: una perspectiva donador-aceptor de orbitales de enlace natural . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 0-521-83128-8OCLC 59712377
↑ Gillespie, Ronald J.; Popelier, Paul LA (2001). Enlace químico y geometría molecular: De Lewis a densidades electrónicas . Nueva York: Oxford University Press. ISBN 0-19-510495-1OCLC 43552798
1 2 Rankin, David WH; Morrison, Carole A.; Mitzel, Norbert W. (2013). Métodos estructurales en química inorgánica molecular . Una serie de libros de texto avanzados de Wiley. Chichester, West Sussex, Reino Unido: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1.
↑ Wells, AF (12 de julio de 2012). Química inorgánica estructural (Quinta ed.). Oxford: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-965763-6OCLC 801026482
1 2 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: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1OCLC 810442747
↑ Glusker, Jenny Pickworth (1994). Análisis de la estructura cristalina para químicos y biólogos . Lewis, Mitchell; Rossi, Miriam. Nueva York: VCH. ISBN 0-89573-273-4OCLC 25412161
↑ "Paquetes LaTeX útiles para química | Recursos de química computacional" .

Lecturas adicionales

Gallagher, Warren (2006). "Clase 7: Determinación de la estructura mediante cristalografía de rayos X". Química 406: Química biofísica (PDF) (apuntes de curso autopublicados). Eau Claire, WI, EE. UU.: Universidad de Wisconsin-Eau Claire, Departamento de Química . Recuperado 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. Bibcode : 2016AcCrB..72..171G . doi : 10.1107/ S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . PMC 4822653. PMID 27048719 .

[1] Haaland, Arne (2008). Moléculas y modelos: Las estructuras moleculares de los compuestos de los elementos del grupo principal . Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-923535-3OCLC 173809048

[2] Weinhold, Frank; Landis, Clark R. (2005). Valencia y enlace: una perspectiva donador-aceptor de orbitales de enlace natural . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 0-521-83128-8OCLC 59712377

[3] Gillespie, Ronald J.; Popelier, Paul LA (2001). Enlace químico y geometría molecular: De Lewis a densidades electrónicas . Nueva York: Oxford University Press. ISBN 0-19-510495-1OCLC 43552798

[Rankin-2013-4] 1 2 Rankin, David WH; Morrison, Carole A.; Mitzel, Norbert W. (2013). Métodos estructurales en química inorgánica molecular . Una serie de libros de texto avanzados de Wiley. Chichester, West Sussex, Reino Unido: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1.

[5] Wells, AF (12 de julio de 2012). Química inorgánica estructural (Quinta ed.). Oxford: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-965763-6OCLC 801026482

[:0-6] 1 2 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: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1OCLC 810442747

[7] Glusker, Jenny Pickworth (1994). Análisis de la estructura cristalina para químicos y biólogos . Lewis, Mitchell; Rossi, Miriam. Nueva York: VCH. ISBN 0-89573-273-4OCLC 25412161

[8] "Paquetes LaTeX útiles para química | Recursos de química computacional" .

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