單晶衍射課件

1、單晶衍射組員：李云川 鄧廣熙 朱澤琛黃昊來(lái) 葉麗娟 殷美洲X-射線晶體結(jié)構(gòu)分析簡(jiǎn)史（1）1895年，倫琴（W.C.Roentgen ）在研究陰極射線管時(shí)發(fā)現(xiàn)X射線。X射線透視技術(shù)。（2）1912年，勞埃（M.Von Laue） 以晶體為光柵，發(fā)現(xiàn)了X射線的衍射現(xiàn)象，確定了X射線的電磁波性質(zhì)。X射線是種電磁輻射，波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短，介于紫外與射線之間。（3）1913年，布拉格（Bragg）測(cè)定了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，提出Bragg方程。20世紀(jì)30年代，晶體學(xué)家們已經(jīng)測(cè)定了一批無(wú)機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)。近幾十年來(lái)，由于理論、衍射儀和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，X射線結(jié)構(gòu)分析從早期的簡(jiǎn)單化合物的結(jié)構(gòu)分析發(fā)展到不僅能

2、解析復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)，而且能解析復(fù)雜的蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)。二. X- 射線的產(chǎn)生 高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí)，發(fā)生能轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分（99左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。 X射線管由 陽(yáng)極靶和陰極燈絲組成，兩者之間作用有高電壓，并置于玻璃金屬管殼內(nèi); 陰極是電子發(fā)射裝置，受熱后激發(fā)出熱電子；陽(yáng)極是產(chǎn)生X射線的部位，當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的熱電子碰撞到陽(yáng)極靶上突然動(dòng)能消失時(shí)，電子動(dòng)能將轉(zhuǎn)化成X射線。單晶衍射原理單晶結(jié)構(gòu)分析的意義1 單晶結(jié)構(gòu)分析可以測(cè)定晶態(tài)分子的晶胞參數(shù)、晶系、空間群。2單晶結(jié)構(gòu)分析可以提供一個(gè)化合物在晶態(tài)中所具有原子

3、的精確空間位置 包括原子的鏈接形式 準(zhǔn)確的鍵長(zhǎng)鍵角。價(jià)電子云分布 、原子的熱運(yùn)動(dòng)振幅 、分子的構(gòu)型和構(gòu)像，絕對(duì)構(gòu)型。3可以從中得到化合物的化學(xué)組成比例，對(duì)稱(chēng)性以及原子或分子在三維空間的排列堆積情況單晶樣品的培養(yǎng)及挑選1從溶液中圣戰(zhàn)共晶體一般都經(jīng)歷 近飽和 飽和 過(guò)飽和 結(jié)晶的過(guò)程2晶體生長(zhǎng)的難以程度取決于化合物的本性。各種技巧的掌握和運(yùn)用可以極大提高獲得單晶的幾率。3晶體的生長(zhǎng)和質(zhì)量主要依賴于晶核的形成和生長(zhǎng)速率。晶核形成過(guò)快就會(huì)形成大量微晶，很難長(zhǎng)大，并易出現(xiàn)晶體團(tuán)聚。生長(zhǎng)的速率太快則會(huì)出現(xiàn)晶體缺陷。嘗試，耐心，運(yùn)氣（一）單晶的培養(yǎng)方法 溶液結(jié)晶法 界面擴(kuò)散法 蒸汽擴(kuò)散法 凝膠擴(kuò)散法 水熱法

4、和熱溶劑法 升華法水熱法或熱溶劑法基本原理：利用高溫高壓的水溶液使那些在常溫條件下不溶或難容于水的物質(zhì)通過(guò)溶解或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物。并達(dá)到一定的過(guò)飽和程度而進(jìn)行結(jié)晶的方法。根據(jù)實(shí)際需要，也可以采用有機(jī)溶劑進(jìn)行類(lèi)似的反應(yīng)，稱(chēng)為熱溶劑法。熱溶劑法與水熱法的原理類(lèi)似。特點(diǎn)：適于生長(zhǎng)溶解熔點(diǎn)很高，具有包晶反應(yīng)或非同分融化而在常溫下又不溶解于各種溶劑或溶解后即分解，且不能再結(jié)晶的晶體材料。技巧：控制好溫度，往往能得到一些比較奇特的結(jié)構(gòu)水熱反應(yīng)釜X-射線衍射法普通的X射線衍射不能區(qū)分對(duì)映體。給定的反射幅度取決于原子的散射力和由這些原子散射的子波的相位差。當(dāng)衍射涉及輕核(C, H, N, O, F等）

5、時(shí)，干涉圖象僅由核的距離決定，而相位重合則與這些核的空間取向無(wú)關(guān)，因此從衍射圖像可能計(jì)算各個(gè)核間距離和分子的構(gòu)成，并推導(dǎo)出在空間的相對(duì)位置。對(duì)于輕核，只發(fā)生衍射而觀察不到顯著的吸收，這意味著在實(shí)驗(yàn)中射線的相位變幾乎是相同的。重原子的核在其吸收曲線的一定范圍吸收X射線。如果射線波長(zhǎng)和重原子的吸收邊緣重合，就會(huì)產(chǎn)生吸收，并在實(shí)驗(yàn)中可觀察到衍射和相位滯后。由于這種相位滯后或非常規(guī)的散射，干涉圖像就不僅取決于原子間的距離，還取決于他們?cè)诳臻g的相對(duì)排列，因而可能測(cè)定含重原子的絕對(duì)構(gòu)型。單晶X射線衍射法測(cè)定分子絕對(duì)構(gòu)型包括直接與間接兩種方法： 直接法：其測(cè)定原理是應(yīng)用不同化學(xué)元素對(duì)X射線的反常散射（色散）效應(yīng)。若待測(cè)藥物樣品僅含有C、H、N、O元素時(shí)，應(yīng)使用CuK輻射，衍射實(shí)驗(yàn)的角度不低于57o；若待測(cè)樣品中含有原子序數(shù)大于10的元素時(shí)，可以應(yīng)用MoK輻射，衍射實(shí)驗(yàn)的角不低于25o。 間接法：利用分子結(jié)構(gòu)中部分已知構(gòu)型的基團(tuán)或通過(guò)引入另一個(gè)已知絕對(duì)構(gòu)型的手性分子確定分子構(gòu)型。衍射實(shí)驗(yàn)采用CuK或MoK輻射均可。應(yīng)注意的是：由于單晶X射線衍射結(jié)構(gòu)分析的對(duì)象僅為待測(cè)樣品中的一顆晶體，樣品缺少普遍性，需對(duì)藥物樣品進(jìn)行粉末X射線衍射（Powder X-ray Diffraction，PXRD）實(shí)驗(yàn)，用單晶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算該構(gòu)型手性藥