Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Organic chemistry → Спектроскопия и определение структуры ↓


Рентгеновская кристаллография


Рентгеновская кристаллография является важным методом в спектроскопии и структурном определении, особенно в области органической химии. Это техника, используемая для определения атомной и молекулярной структуры кристаллов. В этом эссе мы рассмотрим основы рентгеновской кристаллографии, ее историю, основные принципы, методологию и применение в структурном определении органических соединений.

Что такое рентгеновская кристаллография?

Рентгеновская кристаллография - это мощная аналитическая техника, используемая для выяснения расположения атомов в кристаллических твердых телах. Когда рентгеновские лучи попадают в кристалл, они дифрагируются в определенных направлениях. Измеряя углы и интенсивности этих дифрагированных лучей, можно создать трехмерное изображение электронной плотности в кристалле. Из этой карты электронной плотности можно определить положения атомов в кристалле, а также химические связи, их длины и углы.

История рентгеновской кристаллографии

История рентгеновской кристаллографии начинается в 1895 году, когда Вильгельм Конрад Рентген открыл рентгеновские лучи. В 1912 году Макс фон Лауэ предложил использовать кристалл в качестве дифракционной решетки для рентгеновских лучей, что привело к первой успешной дифракции рентгеновских лучей кристаллической решеткой. Этот знаковый эксперимент ознаменовал рождение рентгеновской кристаллографии. В 1913 году Уильям Генри Брэгг и его сын Уильям Лоуренс Брэгг разработали закон Брэгга, который стал основой для интерпретации рентгеновских дифракционных картин.

Закон Брэгга: nλ = 2d sin θ

где n - целое число, λ - длина волны рентгеновского луча, d - расстояние между атомными слоями в кристалле, а θ - угол падения, при котором происходит дифракция.

Принципы рентгеновской кристаллографии

Принцип рентгеновской кристаллографии заключается в дифракции рентгеновских лучей электронной оболочкой вокруг атомов в кристалле. Когда рентгеновские лучи ударяются о кристалл, они рассеиваются электронами в атомах. Рекомбинация этих рассеянных волн создает интерференционную картину, которую можно измерить и проанализировать.

Конструктивная интерференция происходит, когда: (Разность путей = nλ) Деструктивная интерференция происходит, когда: (Разность путей = (n + 1/2)λ)

С помощью математического преобразования Фурье дифракционные данные - интенсивность и угол - преобразуются в карту электронной плотности. Эта карта позволяет ученым определить пространственное расположение атомов в кристалле.

Методология рентгеновской кристаллографии

Процесс рентгеновской кристаллографии состоит из нескольких важных этапов:

  1. Подготовка образца: Первый шаг - получить подходящий кристалл изучаемого вещества. Кристалл должен быть высокого качества, так как несовершенства могут повлиять на дифракционную картину.
  2. Сбор данных: Кристалл монтируется на гониометр в рентгеновском дифрактометре, который вращает его во время облучения рентгеновскими лучами. Дифрагированные лучи обнаруживаются и записываются в виде данных.
  3. Обработка данных: Исходные дифракционные данные обрабатываются для получения набора отражений, каждое из которых имеет набор интенсивностей и индексов (h, k, l), соответствующих кристаллическим плоскостям, участвующим в исследовании.
  4. Проблема фаз: Поскольку можно измерить только интенсивность дифрагированных волн, фазовая информация теряется, что приводит к проблеме фаз, которую необходимо решить для получения точных карт электронной плотности.
  5. Моделирование: С полученной фазовой информацией вычисляется карта электронной плотности. Ученые создают атомную модель, соответствующую карте, и уточняют эту модель для достижения наилучшего соответствия с дифракционными данными.

Визуализация кристаллической решетки

Рассмотрим простую гранецентрированную кубическую (FCC) структуру решетки. Расположение атомов в такой решетке можно визуализировать, изображая элементарную ячейку. Вот упрощенный визуальный пример с использованием HTML/SVG:

В этой диаграмме красные круги представляют позиции атомов в углах и в центре каждой грани кубической ячейки.

Рентгеновские источники и детекторы

Качество рентгеновских пучков и детекторов имеет первостепенное значение в кристаллографии. Современные рентгеновские источники включают синхротронные установки, которые производят пучки высокой интенсивности, и вращающиеся анодные генераторы. Детекторы, такие как устройства с зарядовой связью (CCD) или детекторы с пиксельным массивом (PAD), фиксируют дифрагированные рентгеновские лучи с высокой точностью.

Применение рентгеновской кристаллографии в органической химии

Рентгеновская кристаллография имеет широкие приложения в органической химии, предоставляя подробную информацию о сложных молекулярных структурах.

  • Определение молекулярной геометрии: Точная геометрия органических молекул, включая углы и длины связей, имеет важное значение для понимания их химических свойств.
  • Изучение механизмов реакций: Наблюдая структурные изменения в реагентах и продуктах, химики могут выяснить механизмы реакций.
  • Разработка лекарств: В медицинской химии кристаллография помогает понять связывание лекарств с целевыми белками и руководит рациональным проектированием новых лекарств.

Проблемы и ограничения рентгеновской кристаллографии

Несмотря на свою мощь, рентгеновская кристаллография сталкивается с проблемами:

  1. Качество кристаллов: Требуются кристаллы высокого качества, которые может быть сложно вырастить для некоторых соединений.
  2. Проблема фаз: Как уже упоминалось, фазовая информация теряется, что усложняет ее решение.
  3. Динамические изменения и дефекты: Кристаллография предоставляет статическое изображение, но трудно анализировать динамические явления или дефекты в кристаллах.

Перспективы будущего

Область рентгеновской кристаллографии постоянно развивается. Достижения в технологии, такие как крио-кристаллография и методы in situ, улучшают качество данных и расширяют диапазон подходящих образцов. Компьютерные достижения в решении проблемы фаз и обработке больших наборов данных обещают светлое будущее для структурного определения в органической химии.

Заключение

Рентгеновская кристаллография остается незаменимым инструментом в органической химии, предоставляя уникальные знания о молекулярном мире. Ее вклад в науку был огромен, влияя на множество областей, от фундаментальной химии до передовых медицинских исследований. По мере продвижения технологий рентгеновская кристаллография будет несомненно продолжать раскрывать сложные взаимосвязи структурной химии.


Магистрант → 2.2.5


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (2.2.4)
Масс-спектрометрия
Следующий (2.3) →
Stereoscopic

Комментарии 



Рентгеновская кристаллография

https://www.chemistryelite.com/g/2.2.5?ceal=ru