Методы исследования структуры органических соединений

Химия — это область научных знаний и практической деятельности, которая развивается за счет синтеза новых соединений и создания материалов на их основе. Главной задачей химика-исследователя после синтеза соединения или комбинации известных соединений (материалов) является установление строения молекул или молекулярных ассоциатов.

Определение полной структуры молекулы, включая геометрическую и электронную структуру, является сложной задачей, которая до конца решена быть не может. Поэтому детали строения молекулы более или менее сложного соединения можно изучать бесконечно, добавляя к ним все новые и новые сведения. До сих пор об электронном строении тяжелых атомов известно сравнительно немного. Естественно, что строение молекул и зависимость этого строения от физических параметров окружающей среды (силового поля) находится в начальной стадии исследования. Впереди у науки — бесконечная работа.

В предыдущих разделах были кратко рассмотрены вопросы химической связи и зависимость геометрического образа молекулы от типа связей.

Рассмотрим физические основы важнейших методов определения структуры молекул органических соединений. Эти методы называют физическими методами исследования.

Химические методы доказательства геометрического строения молекулы (геометрической структуры) также не потеряли своего значения.

Во времена возникновения структурной теории А. М. Бутлерова была осознана важная истина о том, что строение молекулы определяет все ее химические свойства и по сумме химических свойств можно сделать верное заключение о структуре вещества. Эта истина ни в коей мере не потеряла своего значения в век физических методов исследования. Постоянными в химии остаются анализ и синтез, которые составляют, как известно, основу мыслительного процесса, основу всякого познания. Синтезируя все более и более сложные вещества, химик наперед знает исходные фрагменты, из которых формируется структура нового соединения. Поэтому он предполагает структуру заранее. После синтеза остается только ее доказать.

Если же определяется структура природного соединения, о которой нет сведений, то сначала изучаются его химические свойства, которые позволяют сделать вывод о наличии тех или иных структурных элементов. Важнейшим шагом здесь является химический анализ — разложение сложной молекулы на осколки, на отдельные «кирпичики» и установление характера их комбинации в молекуле.

В последние десятилетия химический анализ был дополнен физическим методом разрушения молекулы на осколки — речь идет о масс-спектральном анализе, основанном на бомбардировке сложных молекул мощным потоком электронов и на развале молекул на осколки. Этот метод по традиции всегда рассматривается вместе с методами оптической спектроскопии, к которой он, естественно, не имеет никакого отношения. Методы оптической спектроскопии позволяют установить наличие отдельных существенных элементов геометрической (ИК-спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния) и электронной (электронная спектроскопия, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия электронного парамагнитного резонанса, рентгено-электронная спектроскопия и др.) структуры молекулы и сделать представление о структуре молекулы более полным.