化学構造

分子の化学構造は、その中の原子とそれらの化学結合の空間的な配置である。その決定には、化学者が分子形状を指定し、可能で必要な場合は、標的の分子またはその他の固体の電子構造を指定することが含まれる。分子形状は、分子内の原子の空間的な配置と、原子を結合させる化学結合を指し、構造式と分子モデルを使用して表すことができる。^[¹^]完全な電子構造の記述には、分子の分子軌道の占有の指定が含まれる。^[²^]^[³^]構造決定は、非常に単純な分子（二原子酸素または窒素など）から非常に複雑な分子（タンパク質またはDNAなど）まで、さまざまな標的に適用できる。

歴史

化学構造の理論は、1858年頃からアウグスト・ケクレ、アーチボルド・スコット・クーパー、アレクサンドル・ブトレロフらによって初めて発展しました。ケクレは、元素には化学結合の好ましい数があると示唆することで、原子価に関する最も初期の考えを提唱しました。クーパーは、紙上で構造を表す最初の化学構造図を開発しました。ブトレロフは化学において「構造」という言葉を初めて使用し、化合物は原子と官能基のランダムな集合体ではなく、分子を構成する元素の原子価によって定義される明確な秩序を持っていることを認識した人物です。^{[ 4 ]}

1883年、アレクサンダー・クラム・ブラウンは塩化ナトリウムの結晶構造を推定し、編み針と毛糸玉を使ってその模型を作成しました。また、実験的な構造解析技術が開発されるずっと以前に、現代のモデルと一致するエタン酸の構造を提唱しました。 ^{[ 4 ]}

背景

化学構造に関しては、分子内の原子の純粋な連結性（化学構成）、三次元配置の記述（分子構成、キラリティーに関する情報などを含む）、および結合長、角度、ねじれ角の正確な決定、つまり（相対的な）原子座標の完全な表現を区別する必要があります。

化合物の構造を決定する際には、通常、まず最低限、分子中のすべての原子間の結合のパターンと程度を得ることを目的とし、可能であれば、分子（または他の固体）中の原子の3次元空間座標を求めます。^{[ 5 ]}

構造解明

分子の構造を決定する方法は構造解明と呼ばれます。これらの方法には以下のものがあります。

原子の結合性のみに関係する分光法としては、核磁気共鳴（陽子および炭素13NMR）などの分光法や、様々な質量分析法（分子全体の質量とフラグメント質量を求める）などがあります。吸収分光法や振動分光法、赤外線分光法、ラマン分光法などの技術は、それぞれ多重結合の数と隣接性、官能基の種類（その内部結合が振動特性を示す）に関する重要な裏付け情報を提供します。分子の電子構造に寄与する洞察を与えるさらなる推論的研究には、サイクリックボルタンメトリーやX線光電子分光法などがあります。
精密な計量的三次元情報に関しては、気体については気体電子回折法やマイクロ波（回転）分光法（およびその他の回転分解分光法）によって、固体結晶についてはX線結晶構造解析^{[ 6 ]}や中性子回折法によって得ることができる。これらの技術は、原子スケールの解像度で三次元モデルを作成することができ、通常、距離については0.001Å、角度については0.1°の精度（まれにそれ以上の精度）が得られる。^{[ 7 ]}^{[ 6 ]}

追加の情報源としては、分子の構造中の官能基に不対電子スピンがある場合、 ENDOR法や電子スピン共鳴分光法も使用できます。これらの手法は、分子に金属原子が含まれる場合や、結晶構造解析に必要な結晶やNMRに必要な特定の原子種が構造決定に利用できない場合に、特に重要になります。さらに、電子顕微鏡法などのより専門的な手法も、場合によっては適用可能です。

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参照

参考文献

^ Haaland, Arne (2008). 『分子とモデル：主族元素化合物の分子構造』オックスフォード：オックスフォード大学出版局. ISBN 978-0-19-923535-3. OCLC 173809048 .
^ウェインホールド、フランク、ランディス、クラーク・R. (2005).原子価と結合：自然結合軌道の供与体・受容体の観点から. ケンブリッジ、イギリス: ケンブリッジ大学出版局. ISBN 0-521-83128-8. OCLC 59712377 .
^ Gillespie, Ronald J.; Popelier, Paul LA (2001). 『化学結合と分子構造：ルイス理論から電子密度理論まで』ニューヨーク：オックスフォード大学出版局. ISBN 0-19-510495-1. OCLC 43552798 .
^ ^a ^bランキン, デイビッド・WH; モリソン, キャロル・A; ミッツェル, ノーバート・W (2013).分子無機化学における構造解析法. Wileyの上級教科書シリーズ. チチェスター, ウェスト・サセックス, イギリス: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1。
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^ Glusker, Jenny Pickworth (1994). 『化学者と生物学者のための結晶構造解析』 Lewis, Mitchell; Rossi, Miriam. ニューヨーク: VCH. ISBN 0-89573-273-4. OCLC 25412161 .
^ 「化学に役立つLaTeXパッケージ | 計算化学リソース」。

さらに読む

ギャラガー、ウォーレン (2006). 「講義7：X線結晶構造解析による構造決定」. Chem 406：生物理化学(PDF) (自費出版の講義ノート). オークレア、ウィスコンシン州、米国：ウィスコンシン大学オークレア校、化学科. 2014年7月2日閲覧。
Ward, SC; Lightfoot, MP; Bruno, IJ; Groom, CR (2016年4月1日). 「ケンブリッジ構造データベース」 . Acta Crystallographica Section B. 72 ( 2): 171– 179. Bibcode : 2016AcCrB..72..171G . doi : 10.1107/S2052520616003954 . ISSN 2052-5206 . PMC 4822653. PMID 27048719 .

[1] Haaland, Arne (2008). 『分子とモデル：主族元素化合物の分子構造』オックスフォード：オックスフォード大学出版局. ISBN 978-0-19-923535-3. OCLC 173809048 .

[2] ウェインホールド、フランク、ランディス、クラーク・R. (2005).原子価と結合：自然結合軌道の供与体・受容体の観点から. ケンブリッジ、イギリス: ケンブリッジ大学出版局. ISBN 0-521-83128-8. OCLC 59712377 .

[3] Gillespie, Ronald J.; Popelier, Paul LA (2001). 『化学結合と分子構造：ルイス理論から電子密度理論まで』ニューヨーク：オックスフォード大学出版局. ISBN 0-19-510495-1. OCLC 43552798 .

[Rankin-2013-4] ランキン, デイビッド・WH; モリソン, キャロル・A; ミッツェル, ノーバート・W (2013).分子無機化学における構造解析法. Wileyの上級教科書シリーズ. チチェスター, ウェスト・サセックス, イギリス: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1。

[5] Wells, AF (2012年7月12日).構造無機化学（第5版）. オックスフォード: クラレンドン・プレス. ISBN 978-0-19-965763-6. OCLC 801026482 .

[:0-6] ランキン、デイビッド・WH（2013年1月2日）.分子無機化学における構造解析法. モリソン、キャロル・A.（1972-）、ミッツェル、ノーバート・W.（1966-）. チチェスター、ウェスト・サセックス、イギリス: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1. OCLC 810442747 .

[7] Glusker, Jenny Pickworth (1994). 『化学者と生物学者のための結晶構造解析』 Lewis, Mitchell; Rossi, Miriam. ニューヨーク: VCH. ISBN 0-89573-273-4. OCLC 25412161 .

[8] 「化学に役立つLaTeXパッケージ | 計算化学リソース」。

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