晶体测试案例35(手性化合物)

DJ_Tokyo

晶体测试案例35(手性化合物)

最近，同单位某课题组委托笔者帮忙测试一个含CHNOSCl等元素的纯有机手性化合物晶体，该化合物测试有点波折。

第一次测试，时间2025年3月25日，当时的晶体如图1所示。

▲图1 第一次测试的晶体

但该晶体衍射点看起来不太好，如图2所示（由APEX4[1]呈现）为钼靶和铜靶测试的fastscan，左侧为钼靶4秒曝光时间，右侧为铜靶8秒曝光时间。

▲图2 第一次测试的衍射图

通过上述fastscan数据无法确定晶胞，也无法得到结构，遂放弃测试，以免浪费机时和经费。

笔者建议重新培养晶体。

随后，过了十几天后，该同学重新培养了晶体。

于是第二次进行测试。

手性化合物测试，要节省时间，最好是确定正确的空间群后，按照相应的对称性计算收集策略，因此先按照3秒曝光时间用钼靶作为辐射光源花费十分钟时间测定了一轮fastscan，经数据还原解析后确定空间群为手性空间群P21（第4号空间群），如图3所示（由Olex2[2]呈现）。

▲图3 钼靶3秒曝光时间fastscan数据结果

其晶体尺寸经测量（参阅推文“布鲁克D8 VENTURE测量晶体尺寸操作步骤”或视频“APEX3 D8 Venture对心时晶体尺寸的测量：https://www.bilibili.com/video/BV1Cq4y1d7S5”“晶体尺寸的测量：https://www.bilibili.com/video/BV1hM4y1J71o”）为0.2924 × 0.4177 × 0.4373mm3，如图4‒6所示（由APEX3[3]呈现），无明显特征，可描述为块状（block）晶体，参阅视频“晶体尺寸和晶癖描述需保持一致：https://www.bilibili.com/video/BV1yb421B72r”。

▲图4 晶体尺寸测量

▲图5 晶体尺寸测量

▲图6 晶体尺寸测量

在晶体对心时，可顺便拍摄晶体照片（参阅推文“D8 Venture衍射仪拍摄晶体照片”）保存，可作为论文插图，如图7所示。

▲图7 拍摄的晶体

随后上机测试，最大晶轴约30Å，设定探测器与晶体之间的距离为60.0mm（为规避警报PLAT910（参阅推文“CheckCIF-PLAT910”），参阅推文“CheckCIF-B级警报PLAT910解决示例”和“晶体测试案例20(B级警报PLAT910)”），分辨率设置为0.77 Å，辐射光源选择钼靶（因为化合物中含有比Si更大元素S和Cl），对称性选择手性（Chiral (2)），计算得到的数据收集策略为4轮数据（第1轮为fastscan），步长为0.80°，曝光时间为10.0秒，预计总时长为3小时48分钟，如图8–9所示。

▲图8 参数设置

▲图9 数据收集策略

因为测试时是夜里，因此延长曝光时间至15秒（保留fastscan并将其曝光时间改为15秒，取消衰减——参阅推文“同样是fastscan为何衍射强度相差巨大”），最终耗时6小时25分钟，共收集1530帧衍射图，其中1132帧过曝，占比约74%，如图10所。

▲图10 实际测试情况

作为对比，铜靶辐射光源数据收集策略如图11所示，共19轮数据，其中前2轮为fastscan，步长为1.00°，曝光时间为10.0秒，预计总时长为8小时22分钟。

▲图11 铜靶收集策略

对数据收集策略做如下调整：将第2轮添加了衰减的fastscan删除，保留第1轮fastscan并将其曝光时间改为与正常数据相同的10.0秒，预计总时长为8小时46分钟，如图12所示。

▲图12 修改后的铜靶收集策略

实际测试下来共耗费9小时8分钟，收集了3161帧衍射图（2.33 GB——原始衍射图象文件一般都是几百MG或几个GB，测试机构通常不会主动给出，需要自己索要！），其中541帧过曝，占比约17%，如图13所示。

▲图13铜靶实际测试结果

其衍射图如图14所示。

▲图14 衍射图，左-钼靶（15秒），右-铜靶（10秒）

测完后，数据处理结果如图15–16所示，Flack参数[4]有点大。

▲图15 数据结果（钼靶）

▲图16 数据结果（铜靶）

查看其倒易空间点阵，发现可能是孪晶，如图17–19所示。

▲图17 倒易空间点阵A轴方向

▲图18 倒易空间点阵B轴方向

▲图19 倒易空间点阵C轴方向

对其做孪晶拆分处理（参阅推文“APEX4孪晶拆分步骤”“APEX4孪晶拆分步骤(CELL_NOW)”和“APEX4孪晶拆分步骤(Domains)”），结果如图20所示，Flack参数从0.21(18)降为0.12(9)。

▲图20 孪晶拆分结果

对于孪晶拆分后的数据能否确定绝对结构笔者不甚了解，于是就此请教了布鲁克公司的张老师，得知这取决于孪晶拆分的时候是否合并了Friedel pairs（Frieder衍射对）（需要查看Flack参数是使用哪种算法计算的），查看SHELXL[5]精修日志，可以看到如图21红框所示提示“No quotients, so Flack parameter determined by classicalintensity fit”（没有商，因此Flack参数通过经典的强度拟合确定），这句话记录在CIF[6]文件的“_refine_ls_abs_structure_details”条目，如图21蓝框所示，这表明得到的是合并了Friedel pairs的hkl文件，所以该Flack参数没什么意义。

▲图21 SHELXL日志

Flack参数算法解决方案是在Scale做吸收校正时在Finalize步骤中取消勾选“Average Friedel opposites”后再生成hkl文件，如图22所示。

▲图22 取消合并Friedel衍射对

重新处理后，结果如图23所示，Hooft参数[7]和Parson'sq[8]也都有了，

▲图23 重新处理结果

此时查看CIF文件，如图24所示，Flack参数使用3294个商（[(I+)-(I-)]/[(I+)+(I-)]）确定[9]。

▲图24 Flack参数确定方法

不过，最后张老师提醒“不管怎么处理，孪晶引入了误差较大，干扰反常散射，会有人质疑。这只是数学处理，所以尽量使用单晶数据”，因此要想获得可靠的数据，还是需要重新培养单晶来确定绝对结构。

鸣谢

由衷感谢张老师的耐心指导！

参考文献

[1]    Bruker (2021). APEX4 (Version 2021.4-1). Program for Data Collection on AreaDetectors. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA.

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[3]    Bruker (2018). APEX3 (Version 2018.7-2). Program for Data Collection on AreaDetectors. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA.

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[8]    Parsons, S.; Flack, H. Precise Absolute-StructureDetermination in Light-Atom Crystals. ActaCryst. 2004, A60, s61. DOI:10.1107/S0108767304098800.

[9]    Parsons, S.; Flack, H. D.; Wanger, T. Use of intensityquotients and differences in absolute structure refinement. Acta Cryst. 2013,B69, 249–259. DOI: 10.1107/S2052519213010014.

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