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[单晶结构] 无序示例-甲基三乙基铵阳离子二重无序(无序理解)

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相关软件或概念:Olex2[1] (Version: Olex2-1.5); SHELXL[2] (Version: SHELXL-2019/3); Mercury[3] (Version: Mercury 2023.2.0 (build 382240))
最近处理一个晶体数据,其中有一个甲基三乙基铵阳离子,其不对称单元只有一个氮和两个碳(“乙基”),对称操作后,完整片段为四个“乙基”,甲基椭球明显较大,且电子云图表明其不应为全占位,如1所示。
1 结构片段
很显然这里存在甲基和乙基的共占位无序,用Mercury查看对称元素,该甲基三乙基铵阳离子处于多种对称元素如反演中心、滑移面和四次轴,如2所示。
2 三乙基铵阳离子所处对称元素
第一种无序方案设计思路如3所示,完整片段H3CN(CH2CH3)3由不对称单元片段NCH2(H3)CH3生成,从正确的H3CN(CH2CH3)3结构可知,甲基CH3和乙基CH2CH3的比例为1:3,而从无序(统计)的角度来说,甲基的位置有4中,其概率均为四分之一。
3 第一种无序方案设计思路
从上述分析可知,乙基中的甲基占比为3/4 =0.75,因此首先将甲基用PART 110.75进行分组处理,如4所示。
4 乙基中甲基无序处理
精修后,末端甲基椭球大小与亚甲基相当。删除亚甲基碳上的氢,重新加氢,加上了三个氢,而因为末端甲基为PART 1,且占有率为0.75,因此这三个H原子程序自动分为PART 2,且占有率被设置为0.25,如5所示。
5 程序对氢原子的分组和占有率设置
此时grow后选中整个片段输入info并回车,会发现其分子式为C7H12N,显然氢原子少了,正确的分子式为C7H18NH3CN(CH2CH3)3),如6所示。
6 错误的分子式
到此为止,末端甲基的无序处理没问题,主要就是亚甲基上的氢原子的无序处理,主要是占有率的确定,首先乙基CH2CH3占比为3/4,甲基CH3占比为1/4,由于甲基无序已处理好,看亚甲基CH2和甲基CH3,则亚甲基CH22个氢原子的占有率为0.75,甲基CH33氢原子的占有率为0.25,亚甲基碳上目前是三个氢原子,因此有2个氢原子占有率为0.75 + 0.25 = 1.00,剩下一个为0.25,如7所示。
7 亚甲基上氢原子占有率分析思路
而由于这三个氢原子可以绕N2–C12键自由旋转,因此视作等同,所以其占有率亦设为等同,即(1.00 +1.00 + 0.25)/3 = 0.75,至此,该甲基三乙基铵阳离子的无序处理完成,分子式C7H18N正确,如8所示。
8 第一种无序方案处理结果
第二种无序方案是将C12做二组分无序拆分,然后用EXYZ指令和EADP指令将C12C12A的坐标和各向异性位移参数限制为相同,C12C13作为乙基分为一个无序组分,例如PART 1,占有率设为0.75,而C12A作为甲基分为一个无序组分,例如PART 2,占有率设为0.25,如9所示。
9 第二种无序方案处理结果
第二种无序处理,其单独组分的完整片段如10所示,这里又是存在一个理解的问题,就是不要把单独的无序组分拿来理解,而是要从不对称单元中无序组分占比来进行理解,简单来说就是将其正确立即为无序的甲基三甲基铵阳离子,而不是理解为四乙基铵阳离子和四甲基铵阳离子的混合无序。
10 第二种无序方案单独无序组分
第三种无序方案是将整个完整片段固定到不对称单元中,然后整个分子做特殊无序(PART -110.25)处理,如11所示。
11 第三种无序方案
第一种方案参数最少,第三种方案参数最多,不过第三种方案可能最好理解,数据量大的情况下可以采用第三种方案,否则可能会导致数据参数比太低而触发相关警报。
参考文献
[1]Dolomanov, O. V.; Bourhis, L. J.; Gildea, R. J.; Howard, J. A. K.; Puschmann,H. OLEX2: A complete structure solution,refinement and analysis program. J. Appl. Cryst. 2009, 42, 339–341.
[2](a) Sheldrick, G. M. SHELXL-2019/3, Program for Crystal Structure Refinement,University of Göttingen, Germany, 2019. (b) Sheldrick, G. M. A short history ofSHELX. Acta Cryst. 2008, A64, 112–122. (c) Sheldrick, G. M.Crystal structure refinement with SHELXL.Acta Cryst. 2015, C71, 3–8. (d)Lübben, J.; Wandtke, C. M.; Hübschle, C. B.; Ruf, M.; Sheldrick, G. M.;Dittrich, B. Aspherical scattering factors for SHELXL – model, implementation and application. Acta Cryst. 2019, A75, 50–62.
[3]Macrae, C. F., Edgington, P. R., McCabe, P., Pidcock, E., Shields, G. P.,Taylor, R., Towler, M. & van de Streek, J. (2006). J. Appl. Cryst. 39,453-457.
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