โครงสร้างทางเคมีของโมเลกุลคือการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมและพันธะเคมี การกำหนดโครงสร้างนี้รวมถึงการที่นักเคมีระบุรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลและเมื่อเป็นไปได้และจำเป็นโครงสร้างอิเล็กตรอนของโมเลกุลเป้าหมายหรือของแข็งอื่นๆ รูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลหมายถึงการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมในโมเลกุลและพันธะเคมีที่ยึดอะตอมเข้าด้วยกัน และสามารถแสดงได้โดยใช้สูตรโครงสร้างและแบบจำลองโมเลกุล^{[ 1 ]} คำอธิบายโครงสร้างอิเล็กตรอนที่สมบูรณ์รวมถึงการระบุการครอบครองของออ ร์บิทัลโมเลกุลของโมเลกุล^{[ 2 ] [ 3 ]}การกำหนดโครงสร้างสามารถนำไปใช้กับเป้าหมายได้หลากหลาย ตั้งแต่โมเลกุลที่ง่ายมาก (เช่น ออกซิเจน หรือไนโตรเจนไดอะตอมิก ) ไปจนถึงโมเลกุลที่ซับซ้อนมาก (เช่นโปรตีนหรือดีเอ็นเอ )

ทฤษฎีโครงสร้างทางเคมีได้รับการพัฒนาครั้งแรกโดยAugust Kekulé , Archibald Scott CouperและAleksandr Butlerovเป็นต้น ตั้งแต่ประมาณปี 1858 Kekulé เสนอแนวคิดแรกเริ่มเกี่ยวกับวาเลนซีโดยแนะนำว่าธาตุต่างๆ มีจำนวนพันธะเคมีที่ต้องการ Couper พัฒนาแผนภาพโครงสร้างทางเคมี เป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นวิธีการแสดงโครงสร้างบนกระดาษ Butlerov เป็นคนแรกที่ใช้คำว่า 'โครงสร้าง' ในทางเคมีและตระหนักว่าสารประกอบทางเคมีไม่ใช่กลุ่มอะตอมและหมู่ฟังก์ชันแบบสุ่ม แต่มีลำดับที่แน่นอนซึ่งกำหนดโดยวาเลนซีของธาตุที่ประกอบเป็นโมเลกุล^{[ 4 ]}

ในปี พ.ศ. 2426 อเล็กซานเดอร์ ครัม บราวน์สรุปโครงสร้างผลึกของNaClและสร้างแบบจำลองโดยใช้เข็มถักและลูกขนสัตว์ เขายังเสนอโครงสร้างสำหรับกรดเอทาโนอิกที่ตรงกับแบบจำลองสมัยใหม่ก่อนที่จะมีการพัฒนาเทคนิคการวิเคราะห์โครงสร้างเชิงทดลอง^{[ 4 ]}

ในส่วนของโครงสร้างทางเคมีนั้น จำเป็นต้องแยกแยะความแตกต่างระหว่างการเชื่อมต่อกันของอะตอมภายในโมเลกุล (องค์ประกอบทางเคมี) การอธิบายการจัดเรียงตัวแบบสามมิติ ( โครงสร้างโมเลกุลซึ่งรวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับไครัลลิตี้ ) และการกำหนดความยาวพันธะ มุม และมุมบิดอย่างแม่นยำ กล่าวคือ การแสดงพิกัดอะตอม (สัมพัทธ์) อย่างสมบูรณ์

ในการกำหนดโครงสร้างของสารประกอบทางเคมีโดยทั่วไปแล้วเป้าหมายคือการหาแบบแผนและระดับของพันธะระหว่างอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลก่อนเป็นอันดับแรกและอย่างน้อยที่สุด เมื่อเป็นไปได้ จะพยายามหาพิกัดเชิงพื้นที่สามมิติของอะตอมในโมเลกุล (หรือของแข็งอื่นๆ) ^{[ 5 ]}

วิธีการที่ใช้ในการกำหนดโครงสร้างของโมเลกุลเรียกว่าการหาโครงสร้างเชิงโครงสร้างวิธีการเหล่านี้ได้แก่:

• การ ศึกษาเกี่ยวกับการเชื่อมต่อของอะตอมเพียงอย่างเดียว ได้แก่ สเปกโทรสโกปีเช่นนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ ( NMR ของโปรตอนและคาร์บอน-13 ) และวิธีการแมสสเปกโทรเมตรี ต่างๆ (เพื่อให้ได้มวลโมเลกุลโดยรวม รวมถึงมวลของชิ้นส่วน) เทคนิคต่างๆ เช่นสเปกโทรสโกปีการดูด กลืน และ สเปกโทรส โกปีการสั่นสะเทือนอินฟราเรดและรามานให้ข้อมูลสนับสนุนที่สำคัญเกี่ยวกับจำนวนและความสัมพันธ์ของพันธะหลายพันธะ และเกี่ยวกับชนิดของหมู่ฟังก์ชัน (ซึ่งพันธะภายในให้สัญญาณการสั่นสะเทือน) ตามลำดับ นอกจากนี้ การศึกษาเชิงอนุมานที่ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กตรอนของโมเลกุล ได้แก่โวลแทมเมตรีแบบวงจรและสเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนเอ็กซ์เรย์
• เกี่ยวกับข้อมูลสามมิติแบบเมตริกที่แม่นยำ: สามารถหาได้สำหรับก๊าซโดยการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนของก๊าซและสเปกโทรสโกปีไมโครเวฟ (การหมุน) (และสเปกโทรสโกปีแบบแยกการหมุนอื่นๆ) และสำหรับสถานะของแข็งผลึกโดยการตกผลึกด้วยรังสีเอกซ์^{[ 6 ]}หรือการเลี้ยวเบนของนิวตรอนเทคนิคเหล่านี้สามารถสร้างแบบจำลองสามมิติที่ความละเอียด ระดับอะตอม โดยทั่วไปมีความแม่นยำ 0.001 Å สำหรับระยะทางและ 0.1° สำหรับมุม (ในกรณีพิเศษอาจดีกว่านั้น) ^{[ 7 ] [ 6 ]}

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติมได้แก่: เมื่อโมเลกุลมีอิเล็กตรอนสปินที่ไม่จับคู่กันในหมู่ฟังก์ชันของโครงสร้าง อาจทำการวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโคป ENDORและอิเล็กตรอนสปินเรโซแนนซ์ได้เทคนิคเหล่านี้มีความสำคัญมากยิ่งขึ้นเมื่อโมเลกุลมีอะตอมโลหะ และเมื่อไม่สามารถหาผลึกที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ด้วยผลึกศาสตร์ หรือชนิดของอะตอมที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ด้วย NMR เพื่อใช้ในการกำหนดโครงสร้างได้ สุดท้าย วิธีการที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เช่นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนก็สามารถนำมาใช้ได้ในบางกรณี

Chemfigและtikzเป็นแพ็กเกจเสริมสำหรับLaTeXสำหรับโครงสร้างทางเคมี^{[ 8 ]}

• ChemDraw - ซอฟต์แวร์สำหรับสร้างแผนภาพโครงสร้างทางเคมี
• เครื่องกำเนิดกราฟเคมี
• ฐานข้อมูลผลึกศาสตร์
• หลักการกีดกันของเปาลี
• เคมีโครงสร้าง
• สูตรโครงสร้าง

• Gallagher, Warren (2006). "การบรรยายครั้งที่ 7: การกำหนดโครงสร้างโดยการวิเคราะห์ผลึกด้วยรังสีเอกซ์". Chem 406: เคมีชีวฟิสิกส์ (PDF) (เอกสารประกอบการเรียนที่เผยแพร่เอง). Eau Claire, WI, USA: มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-Eau Claire, ภาควิชาเคมี. สืบค้นเมื่อ2 กรกฎาคม 2014 .
• Ward, SC; Lightfoot, MP; Bruno, IJ; Groom, CR (1 เมษายน 2559). "ฐานข้อมูลโครงสร้างเคมบริดจ์" . Acta Crystallographica Section B . 72 (2): 171– 179. Bibcode : 2016AcCrB..72..171G . doi : 10.1107/S2052520616003954 . ISSN  2052-5206 . PMC  4822653 . PMID  27048719 .