СТРУКТУ́РНАЯ ХИ́МИЯ

СТРУКТУ́РНАЯ ХИ́МИЯ, об­ласть хи­мии, ис­сле­дую­щая взаи­мо­связь атом­но­го строе­ния (кри­стал­ли­че­ских и мо­ле­ку­ляр­ных струк­тур) хи­мич. со­еди­не­ний с их свой­ст­ва­ми, ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­стью и на­прав­ле­ни­ем ре­ак­ций с их уча­сти­ем. Ос­но­ву С. х. в 19 в. со­ста­ви­ли ра­бо­ты Ф. А. Ке­ку­ле, А. М. Бут­ле­ро­ва, А. Вер­не­ра и др. хи­ми­ков, по­сту­ли­ро­вав­ших на­ли­чие гео­мет­рич. струк­ту­ры ве­ще­ст­ва как со­во­куп­но­сти ато­мов, со­еди­нён­ных хи­мич. свя­зя­ми; в 20 в. – тео­ре­тич. обоб­ще­ния дан­ных по струк­ту­ре кри­стал­лов, пред­ло­жен­ные В. Гольд­шмид­том и Л. По­лин­гом. С. х. вхо­дит в раз­де­лы не­ор­га­нич., ор­га­нич. и фи­зич. хи­мии, ана­ли­зи­рую­щие кор­ре­ля­ции «струк­ту­ра – свой­ст­ва», при­мы­кая к со­от­вет­ст­вую­щим за­да­чам кри­стал­ло­гра­фии, мо­ле­ку­ляр­ной фи­зи­ки, фи­зи­ки кон­ден­си­ров. сред, био­фи­зи­ки, био­хи­мии и струк­тур­ной био­ло­гии. В ор­га­нич., био­ло­гич. и ко­ор­ди­нац. хи­мии струк­тур­но-хи­мич. пред­став­ле­ния и за­ко­но­мер­но­сти так­же на­зы­ва­ют­ся сте­рео­хи­ми­че­ски­ми ли­бо кон­фор­ма­ци­он­ны­ми.

С. х. ос­но­ва­на на по­сту­ла­те о на­ли­чии у хи­мич. со­еди­не­ний ус­той­чи­вой атом­ной струк­ту­ры и её час­тич­ном со­хра­не­нии в хо­де ре­ак­ций. Фун­да­мен­том С. х. слу­жат ко­ли­че­ст­вен­ные дан­ные (дли­ны свя­зей, ва­лент­ные и тор­си­он­ные уг­лы, ди­поль­ные и квад­ру­поль­ные мо­мен­ты кри­стал­лич. и мо­ле­ку­ляр­ных фраг­мен­тов и т. д.), ко­то­рые да­ют фи­зич. ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния ве­ще­ст­ва (пре­ж­де все­го рент­ге­но­ст­рук­тур­ный ана­лиз и др. ди­фрак­ци­он­ные ме­то­ды, ЯМР, оп­тич. спек­тро­ско­пия), а так­же кван­то­во­хи­мич. рас­чё­ты мо­ле­кул и кри­стал­лов. Обыч­ные гео­мет­рич. субъ­е­ди­ни­цы ве­ществ (оди­нар­ные и крат­ные свя­зи, це­пи и цик­лы, асим­мет­ри­чес­кие ато­мы, ко­ор­ди­нац. по­ли­эд­ры и т. д.) ус­той­чи­вы при темп-ре до 600–1000 К и дав­ле­нии до 1–10 кбар в от­сут­ст­вие силь­ных внеш­них по­лей и ин­тен­сив­но­го ио­ни­зи­рую­ще­го из­лу­че­ния. Для про­цес­сов в бо­лее жё­ст­ких ус­ло­ви­ях (фа­зы вы­со­ко­го дав­ле­ния, плаз­мо­хи­мия, ра­диа­ци­он­ная хи­мия и т. д.) струк­тур­ные ме­то­ды по­зво­ля­ют ус­та­но­вить строе­ние вы­де­лен­ных про­дук­тов, но не гео­мет­рич. ме­ха­низм ре­ак­ции; по­след­ний в этих ус­ло­ви­ях от­сут­ст­ву­ет. На­ру­ше­ние по­сту­ла­та о на­ли­чии ус­той­чи­вой струк­ту­ры у хи­мич. со­еди­не­ний в бо­лее мяг­ких ус­ло­ви­ях (ас­со­циа­ция и дис­со­циа­ция в рас­тво­рах, пе­ре­груп­пи­ров­ки и др.) обыч­но на­зы­ва­ют струк­тур­ной или сте­рео­хи­ми­че­ской не­жё­ст­ко­стью.

С. х. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет бан­ки струк­тур­ных дан­ных (см. в ст. Кри­стал­ло­хи­мия), со­дер­жа­щие ин­фор­ма­цию поч­ти для 1 млн. хи­мич. со­еди­не­ний. На этой ос­но­ве для ти­пич­ных мно­го­атом­ных фраг­мен­тов рас­счи­та­ны стан­дарт­ные дли­ны свя­зей (с точ­но­стью до 0,01–0,02 Å), ва­лент­ные уг­лы (до 1–2°), дли­ны не­валент­ных кон­так­тов ме­ж­ду ато­ма­ми (до 0,1–0,2 Å; пре­де­лы от­ве­ча­ют гра­ни­цам при­ме­ни­мо­сти ад­ди­тив­ной гео­мет­рич. мо­де­ли) и ха­рак­те­ри­сти­ки кон­фор­ма­ций: дву­гран­ные и тор­си­он­ные уг­лы.

Мн. по­ло­же­ния С. х. со­ста­ви­ли ос­но­ву тео­рии как в клас­сич. об­лас­тях хи­мии (ана­лиз мо­ти­вов и упа­ко­вок в струк­ту­рах кри­стал­лов, эф­фек­ты ори­ен­та­ции в ре­ак­ци­ях за­ме­ще­ния, транс-влия­ние, оп­тич. ак­тив­ность), так и в её совр. раз­де­лах (ге­те­ро­ген­ный ка­та­лиз, по­ли­ме­ры, пред­ска­за­ния био­ло­гич. ак­тив­но­сти и т. д.). Струк­тур­ные ис­сле­до­ва­ния кри­стал­лов при варь­и­ро­ва­нии темп-ры и дав­ле­ния, а так­же ста­ти­стич. ана­лиз гео­мет­рич. дан­ных в се­ри­ях од­но­тип­ных струк­тур в ря­де слу­ча­ев по­зво­ля­ют пред­ска­зать ход хи­мич. ре­ак­ций по на­ли­чию т. н. мяг­ких мод с силь­ны­ми (до 2–3 Å) сдви­га­ми ато­мов и мно­го­атом­ных фраг­мен­тов в про­стран­ст­ве. Про­дол­же­ни­ем это­го под­хо­да в струк­тур­ной био­ло­гии яв­ля­ет­ся оп­ре­де­ле­ние ре­ак­ци­он­но­спо­соб­ных уча­ст­ков био­ло­гич. мак­ро­мо­ле­кул (пре­ж­де все­го гло­бу­ляр­ных бел­ков) по от­кло­не­нию кон­фор­ма­ци­он­ных па­ра­мет­ров по­ли­мер­ной це­пи от их стан­дарт­ных зна­че­ний.