Estrutura química - Chemical structure
A determinação da estrutura química inclui um químico especificando a geometria molecular e, quando viável e necessário, a estrutura eletrônica da molécula alvo ou outro sólido. A geometria molecular se refere ao arranjo espacial dos átomos em uma molécula e às ligações químicas que mantêm os átomos unidos, e podem ser representadas usando fórmulas estruturais e modelos moleculares ; as descrições completas da estrutura eletrônica incluem a especificação da ocupação dos orbitais moleculares de uma molécula . A determinação da estrutura pode ser aplicada a uma variedade de alvos, desde moléculas muito simples (por exemplo, oxigênio ou nitrogênio diatômico ) até outras muito complexas (por exemplo, proteínas ou DNA ).
Fundo
As teorias da estrutura química foram desenvolvidas por August Kekulé , Archibald Scott Couper e Aleksandr Butlerov , entre outros, por volta de 1858. Essas teorias foram as primeiras a afirmar que os compostos químicos não são um agrupamento aleatório de átomos e grupos funcionais, mas sim ordem definida definida pela valência dos átomos que compõem a molécula, dando às moléculas uma estrutura tridimensional que poderia ser determinada ou resolvida.
No que diz respeito à estrutura química, é necessário distinguir entre conectividade pura dos átomos dentro de uma molécula (constituição química), uma descrição de um arranjo tridimensional ( configuração molecular , inclui, por exemplo, informações sobre quiralidade ) e a determinação precisa de comprimentos de ligação, ângulos e torção ângulos, ou seja, uma representação completa das coordenadas atômicas (relativas).
Na determinação de estruturas de compostos químicos , geralmente se busca obter, primeiro e minimamente, o padrão e o grau de ligação entre todos os átomos da molécula; quando possível, busca-se as coordenadas espaciais tridimensionais dos átomos na molécula (ou outro sólido).
Os métodos pelos quais se pode elucidar a estrutura de uma molécula incluem:
- concernente apenas à conectividade dos átomos: espectroscopias como ressonância magnética nuclear ( próton e carbono-13 NMR ), vários métodos de espectrometria de massa (para dar massa molecular total, bem como massas de fragmentos). Técnicas como espectroscopia de absorção e espectroscopias vibracionais , infravermelho e Raman , fornecem, respectivamente, informações de apoio importantes sobre os números e adjacências de ligações múltiplas, e sobre os tipos de grupos funcionais (cuja ligação interna dá assinaturas vibracionais); outros estudos inferenciais que fornecem informações sobre a contribuição da estrutura eletrônica das moléculas incluem voltametria cíclica e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X .
- a respeito de informações métricas tridimensionais precisas podem ser obtidas para gases por difração de elétrons de gás e espectroscopia de microondas (rotacional) (e outra espectroscopia resolvida rotacionalmente) e para o estado sólido cristalino por cristalografia de raios-X ou difração de nêutrons. Essa técnica pode produzir modelos tridimensionais com resolução em escala atômica , normalmente com uma precisão de 0,001 Å para distâncias e 0,1 ° para ângulos (em casos incomuns, ainda melhor).
Fontes adicionais de informação são: Quando uma molécula tem um spin de elétron desemparelhado em um grupo funcional de sua estrutura, os espectroscópios de ressonância ENDOR e elétron-spin também podem ser realizados. Estas últimas técnicas tornam-se ainda mais importantes quando as moléculas contêm átomos de metal e quando os cristais exigidos pela cristalografia ou os tipos de átomos específicos exigidos pela RMN não estão disponíveis para serem explorados na determinação da estrutura. Finalmente, métodos mais especializados, como microscopia eletrônica, também são aplicáveis em alguns casos.
Veja também
- Química Estrutural
- Diagrama de estrutura química
- Banco de dados cristalográfico
- Princípio de exclusão de Pauli
- Gerador de gráfico químico
Referências
Leitura adicional
- Gallagher, Warren (2006). Aula 7: Determinação da Estrutura por Cristalografia de Raios-X (PDF) . Chem 406: Biophysical Chemistry (notas de curso publicadas pelo próprio). Eau Claire, WI, EUA: Universidade de Wisconsin-Eau Claire, Departamento de Química . Recuperado em 2 de julho de 2014 .
- Ward, SC; Lightfoot, MP; Bruno, IJ; Groom, CR (1 de abril de 2016). The Cambridge Structural Database . Acta Crystallographica Section B . 72 . pp. 171–179. doi : 10.1107 / S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . PMC 4822653 . PMID 27048719 .