¿Cómo se determina la estructura molecular?

(gracias por AtA)
Para dar una respuesta específica a esta pregunta, es necesario enfocarse en un compuesto específico; por ejemplo, celulosa. Como la pregunta es muy amplia y general, aquí doy una respuesta general.

Tener algo de información inicial sobre el compuesto ayuda mucho a diseñar experimentos analíticos para determinar la estructura de la molécula compuesta. Hay varios problemas en la estructura molecular de un compuesto: fórmula molecular, forma, naturaleza de los enlaces químicos, geometría (conformación, configuración, lineal, ramificada, reticulada), orientación, isómeros, resonancia (estructura electrónica), orbitales en enlaces, y algunos otros posibles problemas dependiendo del compuesto. Existe una gran diferencia entre las estructuras de los compuestos macromoleculares (polímeros) y los compuestos moleculares regulares. No existe una sola técnica o máquina que pueda determinar la estructura de un compuesto; requiere una colección de datos de varias técnicas analíticas, como XRD, FTIR, RMN, TA, GC, MS, AFM y otras técnicas microscópicas, y algunos métodos analíticos químicos. Con consideraciones de todos los datos, podemos presentar una perspectiva sobre la estructura de la molécula compuesta.

Como con todo en ciencia: hacemos observaciones y las revisamos con nuestro modelo de realidad …

Una forma de hacerlo es hacer un cristal del compuesto y usar la difracción de rayos X para determinar las posiciones atómicas y las distancias interatómicas en la molécula con una precisión de 0,1 μm. Desde distancias, la naturaleza de los enlaces puede verificarse con relativa facilidad.

Las alternativas son la espectrometría de masas con fragmentación (observe qué enlaces tienden a romperse), la espectrometría IR (determine si las frecuencias vibratorias de los enlaces se ajustan al modelo) o la espectroscopía 1H-NMR (determine el entorno de los átomos de H).

Si desea parámetros moleculares reales, como longitudes y ángulos de enlace, para materiales sólidos que producen cristales únicos, los métodos de difracción son los mejores, rayos X o difracción de neutrones. Si la molécula en estudio es gaseosa, puede usar la difracción de electrones o la espectroscopía de microondas para obtener los parámetros. Los otros métodos mencionados podrían determinar las conectividades de los enlaces, pero no proporcionarán datos estructurales cuantitativos.

Usualmente usamos NMR y MS para definir la estructura de un nuevo compuesto. Por supuesto, si puedes obtener su cristal único, eso es mucho mejor porque podemos usar una forma más directa: ¡rayos X!