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单晶培养和解析

有关单晶培养的问题 

1.单晶培养的方法多种多样,我们没必要掌握那些难以操作的,如升华法、共结晶法等。最简单的最实用。常用的有1.溶剂缓慢挥发法;2.液相扩散法;3.气相扩散法。99%的单晶是用以上三种方法培养出来的。 

2.单晶培养所需样品用量 

一般以10-25mg为佳,如果你只有2mg左右样品,也没关系,但这时就要选择液相扩散法和气相扩散法,不能使用溶剂缓慢挥发法。 

3.单晶培养的样品的预处理 

样品溶解后一定要过滤,不能用滤纸,而是用一小团棉花轻轻的塞在滴管的中下部或下部,不要塞太紧,否则流的太慢。样品当然是越纯越好,不过如果实在没办法弄纯也没关系,培养一次就相当于提纯了一次,我经常用一些TLC显示有杂点的东西长单晶,但得多养几次。 4.一定要做好记录 

一次就得到单晶的可能性比较小。因此最好的方法就是在第一次培养单晶的时候,采取少量多溶剂体系的办法。如果你有50mg样品,建议你以5mg为一单位,这样你可以同时实验10种溶剂体系,而不是选两种溶剂体系,每个体系25mg。这是做好记录就特别重要,以免下次又采用已经失败的溶剂体系,而且单晶解析时必须知道所用的溶剂。 

5.培养单晶时,最好放到没人碰的地方,这点大家都知道。我想说的是你不能一天去看几次也不能放在那里5,6天不管。也许有的溶剂体系一天就析出了晶体,结果5天后,溶剂全干了。一般一天看一次合适,看的时候不要动它。明显不行的体系(如析出絮状固体)就要重新用别的溶剂体系再重新培养。 

6.液相扩散法中良溶剂与不良溶剂的比例最好为1:2-1:4。 

7.烷基链超过4个碳的很难培养单晶。 

8.分子中最好不要有叔丁基,因为容易无序,影响单晶解析的质量。 

9.含氯的取代基一般容易长单晶,如4-氯苯基取代化合物比苯基取代化合物容易长单晶。 晶体结构解析步骤。

一支管法:在单晶制备时,经常会发现配位一发生,产生大量的微晶,再去挥发母液,怎么都长不大,以前听人说可用扩散法,但受到文献启示,可以找一根长玻璃管,底下注入盐的溶液,上面加一个纯溶剂缓冲层(可长可短),最上面注入(先慢后快)配体溶液,两三个小时或两三天就搞定了。原理是:玻璃管越细,两层间的接触面越小,扩散速度降低,有效避免新手一扩散就出沉淀的尴尬!

试管法:

反应发生就产生大量的微晶,再去挥发母液,怎么都长不大。可以找一根长15厘米直径为1-1.5厘米的试管,底下直接放入盐的固体,加大量溶剂(先慢后快)最上面注入(先慢后快)配体溶液(上下溶剂可以相同,但为了保险,可在配体溶液中加入密度小的溶解性差的溶剂,如石油醚或乙酸乙酯;如果不同,一定要注意上面的密度要小!!),两三个小时或两三天就搞定了。新手两三次就搞定了!原理:文献上都说上下两层均溶液,但是操作起来很困难,如果直接放入盐或者配体的固体,就增加了溶解的平衡,先慢是为了固体或溶液被猛烈撞击,后快是为了让刚溶解的部分死心塌地的呆在他应处的地方(好像违反动力学,但是是真的)如果有专用的石英管(一端粗、一端细),可将晶体吸入到管中,除去大部分溶剂,但是一定要有溶剂,用打火机迅速封烧较细端,用较细滴管(或针管)吸少量母液,将该管放入离心机的塑料管中,低速离心,使得晶体既保持在母液中,又能完全卡在合适的位置而不乱动。如没有专用的石英管,可用废核磁管自己拉一根。

金属配合物单晶的培养

方法一:挥发

用金属配合物的良溶剂将其溶解在小烧杯中,小烧杯的内表面越光滑单晶性越好,否则晶体形状不好缺陷多就会给后面的收单晶衍射数据带来麻烦,甚至会造成无法解晶体结构,那将是非常可惜的;烧杯用滤纸或塑料薄膜封口防止灰尘落入,同时减慢挥发速度,长出较好晶形的单晶,一般挥发性稍差的溶剂用滤纸,如,水等。静置至发现满意的晶体出现。

方法二:扩散

用金属配合物的良溶剂将其溶解在小烧杯或广口瓶中,塑料薄膜封口(用针戳3-5个小孔),放于盛有该金属配合物的挥发性不良溶剂(一般用乙醚)的大瓶子中。静置至发现满意的晶体出现。

方法三:分层

将金属的水溶液放于试管下层,配体的有机溶剂溶液放于试管上层,中间是水和有机溶剂的混合溶剂,封口。操作要小心,最好是用滴管伸进试管靠近液面缓慢滴加。静置至发现满意的晶体出现。

以上是我在培养配合物单晶常用的方法,一般是几种方法同时做,不是每种方法都能或总能培养出单晶,更多的是取决于配合物的结晶性好坏。总之就是多试:不同的温度、溶剂、混合溶剂的比例……

1.制备结晶,要注意选择合宜的溶剂和应用适量的溶剂。合宜的溶剂,最好是在冷时对所需要的成分溶解度较小,而热时溶解度较大。溶剂的沸点亦不宜太高。一般常用甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙醋等。但有些化合物在一般溶剂中不易形成结晶,而在某些溶剂中则易于形成结晶。

2.制备结晶的溶液,需要成为过饱和的溶液。一般是应用适量的溶剂在加温的情况下,将化合物溶解再放置冷处。如果在室温中可以析出结晶,就不一定放置于冰箱中,以免伴随结晶析出更多的杂质。“新生态”的物质即新游离的物质或无定形的粉未状物质,远较晶体物质的溶解度大,易于形成过饱和溶液。一般经过精制的化合物,在蒸去溶剂抽松为无定形粉未时就是如此,有时只要加入少量溶剂,往往立即可以溶解,稍稍放置即能析出结晶。

3.制备结晶溶液,除选用单一溶剂外,也常采用混合溶剂。一般是先将化合物溶于易溶的溶剂中,再在室温下滴加适量的难溶的溶剂,直至溶液微呈浑浊,并将此溶液微微加温,使溶液完全澄清后放置。

4.结晶过程中,一般是溶液浓度高,降温诀,析出结晶的速度也快些。但是其结晶的颗粒较小,杂质也可能多些。有时自溶液中析出的速度太快,超过化合物晶核的形成劝分子定向排列的速度,往往只能得到无定形粉未。有时溶液太浓,粘度大反而不易结晶化。如果溶液浓度适当,温度慢慢降低,有可能析出结晶较大而纯度较高的结晶。有的化合物其结晶的形成需要较长的时间。

5.制备结晶除应注意以上各点外,在放置过程中,最好先塞紧瓶塞,避免液面先出现结晶,而致结晶纯度较低。如果放置一段时间后没有结晶析出,可以加入极微量的种晶,即同种化合物结晶的微小颗粒。加种晶是诱导晶核形成常用而有效的手段。一般地说,结晶化过程是有高度选择性的,当加入同种分子或离子,结晶多会立即长大。而且溶液中如果是光学异构体的混合物,还可依种晶性质优先析出其同种光学异构体。没有种晶时,可用玻璃棒蘸过饱和溶液一滴,在空气中任溶剂挥散,再用以磨擦容器内壁溶液边缘处,以诱导结晶的形成。如仍无结晶析出,可打开瓶塞任溶液逐步挥散,慢慢析晶。或另选适当溶剂处理,或再精制一次,尽可能除尽杂质后进行结晶操作。

6.在制备结晶时,最好在形成一批结晶后,立即倾出上层溶液,然后再放置以得到第二批结晶。晶态物质可以用溶剂溶解再次结晶精制。这种方法称为重结晶法。结晶经重结晶后

所得各部分母液,再经处理又可分别得到第二批、第三批结晶。这种方法则称为分步结晶法或分级结晶法。晶态物质在一再结晶过程中,结晶的析出总是越来越快,纯度也越来越高。分步结晶法各部分所得结晶,其纯度往往有较大的差异,但常可获得一种以上的结晶成分,在未加检查前不要贸然混在一起。

7.化合物的结晶都有一定的结晶形状、色泽、熔点和熔距,一可以作为鉴定的初步依据。这是非结晶物质所没有的物理性质。化合物结晶的形状和熔点往往因所用溶剂不同而有差异。原托品碱在氯仿中形成棱往状结晶,熔点207℃;在丙酮中则形成半球状结晶,熔点203℃;在氯仿和丙酮混合溶剂中则形成以上两种晶形的结晶。所以文献中常在化合物的晶形、熔点之后注明所用溶剂。一般单体纯化合物结晶的熔距较窄,有时要求在0.5℃左右,如果熔距较长则表示化合物不纯。

不知这些可否对各位朋友有些许帮助?

单晶培养的具体操作方法:四条注意事项:1、结晶容器的选择(敞口烧杯,既不能用从未使用过的新烧杯,也不能用很旧的烧杯。可能原因为,烧杯太新,不利于晶核的形成,而太旧则形成晶核的部位太多,不利于单晶的生长。)2、溶剂的选择(合适的溶剂将物质溶解,溶解性不能太好也不能太差且具有一定的挥发性,不能挥发太快也不能太慢)3、结晶速度(尽量慢的让溶剂挥发,一旦析出结晶,过滤,可能得到单晶也可能是混晶,千万别用母液洗晶体)4、环境的选择(放在一个平稳的地方,千万不能有一丝一毫的震动,否则即使得到单晶也全完了)。

文献介绍用乙醚扩散,但乙醚挥发太快,具体的该如何操作?请高手指教一下

把要培养晶体的溶液放在一小烧杯中,小烧杯用保鲜膜封上,保鲜膜上用针扎几个小眼。然后把烧杯放入注有乙醚溶液的广口瓶中就可以了。

我刚做单晶培养,常温下挥发.烧杯底部有小颗粒.但怎样判断是不是晶体?是晶体的话有什么特点?用肉眼判断吗? 可以先用肉眼观察,如果颗粒有规则的外形,并且有光泽,就有可能是晶体,然后再用显微镜观察,有规则外形,透光,差不多就可以说是晶体了。最简单的方法,对着阳光,如果亮晶晶的就可能是晶体。然后再到显微镜下面看看,有没有规则外形。

体的生长是一个动力学过程,由化合物的内因(分子间色散力偶极力及氢键)与外因(溶剂极性、挥发或扩散速度及温度)决定。晶体的培养实质是一个饱和溶液的重结晶过程,使溶液慢慢饱和的方法(如溶液挥发、不良溶剂的扩散及温度的降低)都可。有些化合物易结晶,经常有人将无机盐晶体去检测的例子(无机盐易结晶)。有以下两种方法较常用:

1) 挥发溶剂法:

将纯的化合物溶于适当溶剂或混和溶剂。(理想的溶剂是一个易挥发的良溶剂和一个不易挥发的不良溶剂的混和物。)此溶液最好稀一些。用氮/氩鼓泡除氧。容器可用橡胶塞(可缓慢透过溶剂)。为了让晶体长得致密,要挥发得慢一些,溶剂挥发性大的可置入冰箱。大约要长个几天到几星期吧。

2) 扩散法:

在一个大容器内置入易挥发的不良溶剂(如戊烷、已烷),其中加一个内管,置入化合物的良溶剂溶液。将大容器密闭,也可放入冰箱。经易挥发溶剂向内管扩散可得较好的晶体。时间可能比挥发法要长。另外如果这一化合物是室温反应得到,且产物比较单一,溶解度较小,可将反应物溶液分两层放置,不加搅拌,令其缓慢反应沉淀出晶体。容易结晶的东西放在那里自己就出单晶,不容易结晶的怎么弄也是不出。好象不是想做就能做出来的。

首先看一下产物的溶解度,将产物抽干后用良性溶剂溶解成饱和溶液(如用二氯甲烷),然后加入相同体积的不良性溶剂,若产物不稳定应在惰性气体的保护下进行操作,完成后置于冰箱中冷冻至单晶析出,或直接用惰性气体鼓泡直至单晶析出。(应缓慢)

硝酸银/过氧化氢

检出物:卤代烃类。

溶液:硝酸银O.1g溶于水lml,加2-苯氧基乙醇lOOml,用丙酮稀释至200ml,再加30%过氧化氢1滴。

方法:喷后置未过滤的紫外光下照射;结果:斑点呈暗黑色。

实验室常见小故障的处理

实验室中常常会遇到一些意想不到的“小麻烦”,如瓶塞粘固打不开,仪器上的污垢难以除去,分液时发生乳化现象等等。如能采取适当方法或技巧加以处理,这些麻烦就会迎刃而解。

1.打开粘固的玻璃磨口

当玻璃仪器的磨口部位因粘固而打不开时,可采取以下几种方法进行处理。

(1)敲击用木器轻轻敲击磨口部位的一方,使其因受震动而逐渐松动脱离。对于粘固着的试剂瓶、分液漏斗的磨口塞等,可将仪器的塞子与瓶口卡在实验台或木桌的棱角处,再用木器沿与仪器轴线成约70°角的方向轻轻敲击,同时间歇地旋转仪器,如此反复操作几次,一般便可打开粘固不严重的磨口。

(2)加热有些粘固着的磨口,不便敲击或敲击无效,可对粘固部位的外层进行加热,使其受热膨胀而与内层脱离。如用热的湿布对粘固处进行“热敷”、用电吹风或游动火焰烘烤磨口处等等。

(3)浸润有些磨口因药品侵蚀而粘固较牢,或属结构复杂的贵重仪器,不宜敲击和加热,可用水或稀盐酸浸泡数小时后将其打开。如急用仪器,也可采用渗透力较强的有机溶剂(如苯、乙酸乙酯、石油醚及琥珀酸二辛酯磺酸钠等)滴加到磨口的缝隙间,使之渗透浸润到粘固着的部位,从而相互脱离。

2.打开紧固的螺旋瓶盖

当螺旋瓶盖拧不开时,可用电吹风或小火焰烘烤瓶盖周围,使其受热膨胀,再用于布包住瓶盖用力将其旋开。

如果瓶内装有不宜受热或易燃物质时,可取一段结实的绳子,一端拴在固定的物体上(如门窗把手),再把绳子按顺时针方向在瓶盖上绕一圈,然后一手拉紧绳子的另一端,一手握住瓶体用力向前推动,就能使瓶盖打开。

3.取出被胶塞粘结的温度计

当温度计或玻璃管与胶塞或胶管粘结在一起而难以取出时,可用小改锥或刀锉的尖端插入温度计(或玻璃管)与胶塞(或胶管)之间,使之形成空隙,再滴上几滴水,如此操作并沿温度计(或玻璃管)周围扩展,同时逐渐深入,很快就会取出。也可用恰好能套进温度计(或玻璃管)的钻孔器,蘸上少许甘油或水,从温度计的一端套入,轻轻用力,边旋转边推进,当难以转动时,拔出再蘸上润滑剂,继续旋转,重复几次后,便可将温度计(或玻璃管)取出来。

4.清除仪器上的特殊污垢

当玻璃仪器上粘结了特殊的污垢,用一般的洗涤方法难以除去时,应先分辨出污垢的性质,然后有针对性地进行处理。

对于不溶于水的酸性污垢,如有机酸、酚类沉积物等,可用碱液浸泡后清洗;对于不溶于水的碱性污垢,如金属氧化物、水垢等,可用盐酸浸泡后清洗;如果是高锰酸钾沉积物,可用亚硫酸钠或草酸溶液清洗;二氧化锰沉积物可用浓盐酸使其溶解;沾有碘时,可用碘化钾溶液浸泡;硝酸银污迹可用硫代硫酸钠溶液浸泡后清洗;银镜(或铜镜)反应后沾附的银(或铜),加入稀硝酸微热后即可溶解;焦油或树脂状污垢,可用苯、酯类等有机溶剂浸溶后再用普通方法清洗。对于用上述方法都不能洗净的玻璃仪器,可用稀的氢氟酸浸润污垢边缘,污垢就会随着被蚀掉的玻璃薄层脱落,然后用清水清洗。而玻璃虽然受到腐蚀,但损伤很小,一般不影响继续使用。

5.溶解烧瓶内壁上析出的结晶

在回流操作或浓缩溶液时,经常会有结晶析出在液面上方的烧瓶内壁上,且附着牢固,不仅不能继续参加反应,有时还会因热稳定性差而逐渐分解变色。遇此情况,可轻轻振摇烧瓶,以内部溶液浸润结晶,使其溶解。如果装置活动受限,不能振摇烧瓶时,可用冷的湿布敷在烧瓶上部,使溶剂冷凝沿器壁流下时,溶解析出的结晶。

6.收拾洒落的汞

实验室中常用充汞压力计和水银温度计。如果操作不当或温度计破损时,都会发生“洒汞事故”。汞蒸气对人体危害极大,必须及时、彻底清理洒落的汞,不可任其流失。清理方法较多,可依不同情况,选择使用。

(1)吸收洒落少量的汞,可用普通滴管,将汞珠一点一滴吸起,收集在容器中。若汞量较大或洒落在沟槽缝隙中,可将吸滤瓶与一支75°玻璃弯管通过胶塞连接在一起,自制一个“减压吸汞器”,利用负压将汞粒通过玻璃管吸人滤瓶内。吸滤瓶与减压泵之间的连接线可稍长些,以免将汞吸入泵中。

(2)粘附洒落在桌面(或地面)上的汞,若已分散成细小微粒,可用胶带纸粘附起来,然后浸入水下,用毛刷刷落至容器中。此法简便易行,

效果好。

(3)冷冻汞的熔点为-38.87℃。如果在洒落的汞上面覆盖适量的干冰一丙酮混合物,汞就会在几秒钟之内被冷冻成固态而失去流动性,此时可较为方便地将其清理干净。

(4)转化对于洒落在角落中,用上述方法难以收起的微量汞,可用硫磺粉覆盖散失汞粒的区域,使汞与硫化合生成毒性较小的硫化汞,再加以清除。

7.消除乳化现象

在使用分液漏斗进行萃取、洗涤操作时,尤其是用碱溶液洗涤有机物,剧烈振荡后,往往会由于发生乳化现象不分层,而难以分离。如果乳化程度不严重,可将分液漏斗在水平方向上缓慢地旋转摇动后静置片刻,即可消除界面处的泡沫状,促进分层。若仍不分层,可补加适量水后,再水平旋转摇动或放置过夜,便可分出清晰的界面。

如果溶剂的密度与水接近,在萃取或洗涤时,就容易与水发生乳化。此时可向其中加入适量乙醚,降低有机相密度,从而便于分层。

对于微溶于水的低级酯类与水形成的乳化液,可通过加入少量氯化钠、硫酸铵等无机盐的方法,促使其分层。

8.快速干燥仪器

当实验中急需使用干燥的仪器,又来不及用常规方法烘干时,可先用少量无水乙醇冲洗仪器内壁两次,再用少量丙酮冲洗一次,除去残留的乙醇,然后用电吹风吹烘片刻,即可达到干燥效果。

9.稳固水浴中的烧瓶

当用冷水或冰浴冷却锥形瓶中的物料时,常会由于物料量少、浴液浮力大而使烧瓶漂起,影响冷却效果,有时还会发生烧瓶倾斜灌入浴液的事故。如果用长度适中的铅条做成一个小于锥形烧瓶底径的圆圈,套在烧瓶上,就会使烧瓶沉浸入浴液中。若使用的容器是烧杯,则可将圆圈套住烧杯,用铁丝挂在烧杯口上,使其稳固并达到充分冷却的目的。

10.制作简易的恒温冷却槽

当某些实验需要恒温槽的温度较长时间保持低于室温时,用冷水或冰浴冷却往往达不到满意的效果。这时可自制一个简易的恒温冷却槽:用一个较大些的纸箱(试剂或仪器包装箱即可)作外槽,把恒温槽放入纸箱中作内槽,内外槽之间放上适量干冰,再用泡沫塑料作保温材料,填充空隙并覆盖住上部。干冰的用量可根据实验所需温度与时间来调整。这种冷却槽制作简便,保温效果好。

化学思考

在过去的100多年里化学作为一门核心、实用、创造性科学[1-2],已经为人类认识物质世界和人类的文明进步做出了巨大的贡献。化学寻求结构多样性和分子多样性,合成制备了数以千万计的化学物质,发展了化学合成理论和技术,为阐明生命的起源、发现生物活性物质、新材料以及新药物的设计合成奠定了理论和实验基础。化学研究物质之间的变化规律,阐明各类化学反应的机理,从真实时空的水平上认识物质转化的化学过程。化学创立了研究物质结构和形态的理论、方法和实验手段,认识了物质的结构与性能之间的关系和规律,为设计具有各种特殊功能的化学品提供了有效的方法和手段。

面对生命科学、材料科学、信息科学等其它学科迅猛发展的挑战和人类对认识和改造自然提出的新要求,化学在不断开拓新的研究领域和思路的同时,不断地创造出新的物质和品种来满足人民的物质文化生活,造福国家,造福人类。当前,资源的有效开发利用、环境保护与治理、社会和经济的可持续发展、人口与健康和人类安全、高新材料的开发和应用等向我国的科学工作者提出一系列重大的挑战性难题,迫切需要化学家在更深更高层次上进行化学的基础和应用基础研究,发现和创造出新的理论、方法和手段,并从学科自身发展和为国家目标服务两个方面不断提出新的思路和战略设想,以适应21世纪科学发展的需求。

自从进入90年代以来,国家自然科学基金委化学科学部就注意到化学学科内部的发展与来自外部的需求之间的距离,注意到化学在自然科学体系中的地位与作用的变化,必须重新考虑学科建设问题。在“九五”计划制定之初,经过反复讨论,就开展了对优先资助领域的研究和调整,提出了重视学科交叉,淡化二级学科的原则,引起了化学界的广泛的讨论。在过去的5年中逐渐得到广大化学界的共识。20世纪末,在长期酝酿后又提出了几个新的发展领域,组织过多次讨论,提出要开展分子以上层次化学研究的创新思想,引起了又一轮的化学界的讨论。通过这一过程,吸取了经验。为了探索、研讨与展望化学发展趋势、发展战略及十年或更长远化学发展前景,使化学这一传统学科成为知识创新和技术创新的源头,国家自然科学基金委员会化学科学部在几年来组织专家研讨和参与有关化学学科发展战略问题,尤其是《化学学科发展战略研讨会》第128次香山会议,和大陆、台湾、香港两岸三地《香港21世纪化学发展前景讨论会》,使化学界逐渐对我国化学学科的现状分析、存在的问题的根源和未来发展战略形成基本共识。

1.化学界目前存在的困惑剖析

浸沉在20 世纪化学所创造的辉煌之中的化学家自信在合成制备新分子新材料、控制反应过程以及获取物质的组成结构信息和构-性-效关系方面有无限的的潜力。但是,就在化学家继续抱着创造新物质、新材料为人类生存和生存质量的提高作出新的贡献的时候,他们

却感觉化学的作用和地位似乎被淡化了。似乎化学从认识、控制和改变客观世界的核心科学以及引导其他学科前进的牵头学科退后了,这就是化学界目前存在的困惑[3]。这里有客观和主观两方面的原因。

从客观上讲,首先是化学学科和技术的进步使一部分化学研究方法自动化、计算机化。各种合成仪和分析用结构测定用的仪器以及各种计算机软件的出现使人误认为分析与合成化学这两大手段已经不是科学而是技术了。其次,19世纪末、20世纪初物质科学的一系列研究成果(从1900年发表量子理论起)决定了的物质科学的大方向和基础理论研究的主流:寻求物质世界的微观、基本、统一解。物理学成为20 世纪前半叶的带头学科,也使化学研究的理论、观点和方法趋于物理化,期望在量子化学基础上寻求所有化学过程的统一理论。其后,生物科学从化学获取关于物质结构和性质关系的概念和研究方法,在分子层次突破后,进入基因为中心的研究领域和从原来研究生物和生物分子变成创造新生物和新生物分子的科学。因此,20世纪后期的生物科学成为带头学科。这时化学的一部分分化成为生物化学,而化学没能及时在生物科学研究中定位,推动生命体系中的研究而有所突破。还有一个客观原因是在创造新的肥料、农药、医药、材料方面以及解决工业农业生产和环境中的问题时,化学研究的原理、机理和方法,处于上游。必需经过其他科学技术才能转化为可资利用的物质和可运做的方法。

从主观原因看,首先是迄今为止化学研究的主流仍以创造新分子新材料为目标; 因而过多地注意建立新合成方法和获得新型结构,而对分子的功能研究重视不够。另外,过多重视细微的结构的本质的微观研究,较少注意快速发展的科学技术对化学理论、观点和方法提出的大量新问题。使我们的理论研究没能跟上需要。此外,在我国还有一些原因,如化学工业不够发达,创造有自主知识产权的产品的意识不够强;在学科交叉融合中,化学先是没有抓住机会,其后又没有能够找到起主导作用的研究方向和领域;化学作为精细学科,在研究生物、环境、材料等现实问题时缺少必要的想象力。正是由于化学学科存在的上述现状导致了化学学科的重要性在表现上的下降。从事化学研究的人员由于生物和数理基础与现代科学技术发展的要求有一定的差距,使得进入材料学科、生命科学或其它学科往往力不从心。

化学学科发展与化学分支学科重组的思考

将近十年中,国家自然科学基金会化学科学部曾经组织多次专题调研和讨论,1999年组织了专家咨询组和与中国科学院化学部共同组成的2015化学学科发展远景规划软课题组,以香山会议等多种形式征求科学界对化学学科发展、重组的建议和意见,取得了基本共识:随着科学技术的迅猛发展,化学要从传统的只注重研究原子和分子的反应和变化规律和按无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、高分子化学来划分二级学科框框中解放出来,向整体化多层次发展。化学可以由原子层次、分子片层次、分子层次、超分子层次、多分子聚集态层次等不同层次来划分研究对象。由此形成原子层次的化学、分子片层次的化学、分子层次的化学、超分子层次的化学、宏观聚集态化学、介观聚集态化学、复杂体系的化学等[4]。化学界内部应互作调整,更好地交叉、重组,将不同学科的理论、方法、思想和研究方法融入化学。综合上述分析,化学学科可以从研究内容和方法来划分形成新的二级学科,如合成化学(合成方法学,手性合成,模板合成等)、分离化学(萃取化学,离子交换,色层分离等)、分析化学(电分析化学,光和波谱分析化学,化学计量学,在线原位分析等)、物理化学(化学热力学,结构化学,催化化学,表面/界面化学,超临界化学等)、理论化学(计算化学,量子化学,化学统计学,非线性化学等)等。根据将现代数学、物理、信息方法融入化学,赋予化学更多的生命活力和创造力的原则,也可以从学科交叉来重新划分,如与生命科学交叉的化学生物学,与材料科学交叉的纳米(材料)化学,与资源和环境科学交叉的绿色化学,与数学、信息和生命科学交叉的化学信息学等。随之而来对化学科学的定义也有必要重新考虑。香山会议提出了一个很有参考价值的定义,即:化学是主要研究从原子、分子片、分子、超分子,到分子和原子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态的合成和反应,分离和分析,结构和形态,物理性能和生物活性及其规律和应用的自然科学[4]。

化学与其它学科的交叉前沿和突破口的思考

从目前国际化学发展的趋势和热点来看,化学科学的前沿和热点集中在[5-8]:(1)认识化学反应过程的化学反应动态学和以混合量子与经典方法的含时统计理论为代表的理论化学;(2)具有生物活性,具有光、电、磁等性能的功能化合物的高选择性合成与制备;(3)化学催化、生命体系中的化学过程以及化学生物学;(4)极端条件下的化学行为以及与人类生存相关的分析和超快速、超微量、在位、活体分析和检测手段;(5) 分子以上层次化学与纳米化学以及化学反应的尺度效应以及(6)以可持续发展为目标的绿色化学等六个方面。

有三个领域的内容值得研究。第一,什么是化学信息学?是否应该使化学信息学发展成为一个新的二级学科?第二,最新出现的所谓化学生物学,它与生物化学有何不同?香山会议认为化学生物学应该成为化学发展的一个重要领域,并预期很可能成为化学科学发展的一个新的增长点。第三关于化学中的理论问题,值得注意的有相干控制的化学,化学中的非线形问题和手性(类手性)对称性问题,分子自复制中的理论问题,遗产密码如何控制自复制化学过程的问题,以及纳米凝聚相的化学活性问题等。会议认为理论化学和化学生物学可能是化学发展将要出现的新“突破口”,而绿色化学将成为21世纪人类安全和生态经济和工业的关键。

在对化学反应的理解方面,现代科学技术的发展使我们有可能阐明化学反应的全过程,包括介于反应物与生成物之间的不稳定结构排列。化学将会利用现代科学技术手段揭示化学变化的瞬态面貌,阐明决定化学反应速度的各种因素和各种反应机理。现在化学科学已具有新的研究手段,能够及时地观察最快的化学反应过程,对反应的位能面进行理论计算,在微观的水平上考察化学变化,追踪分子内和分子间的能量转移。

21世纪化学科学的研究层次将会拓宽,多层次分子间的相互作用将会成为化学家关注的重点之一。虽然分子间的作用力如氢键和范德华力等是化学中的基本概念,但这些弱作用力的本质,这些弱作用力对分子聚集的影响等问题,还有待解决。在化学界,已经有了一个基本的共识:注重分子间的弱相互作用研究,将会开辟一个全新的化学研究空间,给化学科学带来新的发展机遇,同时对材料科学和生命科学的发展有重要意义。

生命体系中的化学问题研究仍将是科学研究的前沿。值得注意的是,以利用化学理论、研究方法和手段来探索生物医学问题的化学生物学正在形成。有迹象表明,化学生物学将成为未来20年或更长一些时间内的重要前沿学科方向之一。

近年来,纳米化学和分子纳米技术越来越受到世界各国科技界的关注。纳米化学的发展使人们对纳米物质本性的认识有了深入了解的可能,这将对发现新的纳米材料,开发具有特殊性能的纳米材料,如纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米催化剂、纳米信息材料、纳米润滑材料等,以及开辟新的应用途径起到巨大的推动作用。

自90年代以来,绿色化学得到普遍关注。绿色化学的主体思想是采用无毒、无害的原料和溶剂,新化学反应达到选择性高,生产环境友好的产品,并且经济合理。绿色化学是与生态环境协调发展的、更高境界的化学,它要求化学家重新考虑化学问题,从源头上消除任何污染[9]。这是21世纪赋予化学家们的一项重要任务。

有关单晶解析

SHELXTL程序简介

主要包含五个程序:XPREP, XS, XP, XL, XCIF

主要文件:name.hkl, name.ins, name.res

指令文件 name.ins 及结果文件 name.res 具有相似的格式,都是由四个字符的字符串定义的指令集。

衍射点文件:name.hkl(ASCII)

0 0 1 36.57 1.31 1

0 0 3 112.06 4.07 1

0 0 487057.13 2178.69 1

……

h k l I σ(I)(3I4,2F8.2)

交互式菜单驱动程序,运行命令:xprep name

菜单:

[D]Read, modify or merge DATASETS [C]Define unit-cell CONTENTS*

[P]Contour PATTERSON sections [F]Set up shelxtl FILES *

[H]Search for HIGHER metric symmetry *[R]RECIPROCAL space displays

[S]Determine or input SPACE GROUP* [U]UNIT-CELL transformations

[A]Apply ABSORPTION corrections [T]Change TOLERANCES*

[L]Reset LATTICE type of original cell [Q]QUIT program

XP中提供了一个缺省运行步骤

1.从name.hkl文件(若存在)或name.raw文件中读入衍射点;

2.从name.p4p或键盘获得单胞参数及误差;

3.判断晶格类型:

4.寻找最高对称性

5.确定空间群

6.输入分子

7.建立 name.hkl和 name.ins

判断晶格类型:

3910 Reflections read from file ylid.hkl; mean (I/sigma) = 27.80

Lattice exceptions: P A B C I F Obv Rev All

N (total) = 0 1948 1951 1981 1945 2940 2596 2604 3910

N(int>3sigma)= 0 1890 1878 1918 1881 2843 2514 2524 3780

Mean intensity = 0.0 109.2 106.3 103.4 111.7 106.3 108.5 110.3 108.8

Mean int/sigma = 0.0 27.8 26.7 28.0 27.7 27.5 27.8 27.7 27.8

Select Option [P]:

判断标准:I/σ(I) ?

由于在CCD中,弱点的σ值也较小,因而以I/σ(I)为标准似乎不大合适,更合适的应是以I 为标准:以所有点的平均I值为尺度

寻找最高对称性:

SEARCH FOR HIGHER METRIC SYMMETRY

------------------------------------------------------------------------------

Option A: FOM = 0.025 deg. ORTHORHOMBIC P-lattice R(int) = 0.022 [ 3032]

Cell: 5.965 9.042 18.403 90.00 90.02 90.01 Volume: 992.52 Matrix: 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000

Select Option [A]:

若太多不能在一屏上显示时可中断,再查阅生成的PRP文件

判断标准:R(int),尽量选用最高对称性,R(int)在0.15以下一般即可认为对称性成立。

不要随意降低对称性。

确定空间群:

按照晶系,晶格类型,E值统计,消光特点来判断空间群,并给出了可能的空间群及其对应的综合因子CFOM,CFOM越小,空间群的可能性越大,CFOM小于1表明建议的空间群很大可能是正确的,而大于10则很可能是错误的,小于10的空间群一般认为可以接受的。SPACE GROUP DETERMINATION

……

Mean |E*E-1| = 0.713 [expected .968 centrosym and .736 non-centrosym]

Chiral flag NOT set

Systematic absence exceptions:

b-- c-- n-- 21-- -c- -a- -n- -21- --a --b --n --21

N 247 240 237 6 156 155 153 6 74 74 76 11

N(I>3s) 231 224 221 4 144 141 127 0 70 68 66 3

113.3 120.8 139.2 0.8 187.9 194.4 108.3 0.1 131.0 139.3

102.7 1.1

28.7 27.3 28.2 9.3 29.5 29.3 23.5 1.3 26.1 27.4 26.0 5.2

Option Space Group No. TypeAxes CSD R(int) N(eq) Syst. Abs. CFOM

[A] P222(1) #17 chiral 5 26 0.022 3032 1.3/5.2 5.73

[B]P2(1)2(1)2 #18 chiral 3 359 0.022 3032 5.2/9.3 2.37

Select Option [B] :

★E值统计并不很准确,大部分晶体都是有心的,应该尽量选取有心空间群,只有在有心空间群无法解释时才选用无心空间群,而且最后还必须检查化合物以确认确实不具有心对称性。

★I/σ(I) 做为消光判断标准可能有问题

21-- -21- --21 All

N 6 6 11 3910

N(I>3s) 4 0 3 3780

0.8 0.1 1.1 108.8

9.3 1.3 5.2 27.8

★可能空间群应为P212121,I/S?10:(Change Tolerances)

Option Space Group No. TypeAxes CSD R(int) N(eq) Syst. Abs. CFOM

[A] P222(1) #17 chiral 5 26 0.022 3032 1.3/5.2 5.73

[B]P2(1)2(1)2 #18 chiral 3 359 0.022 3032 5.2/9.3 2.37

[C] P2(1)2(1)2(1) #19 chiral 1 5917 0.022 3032 9.3/23.80.72

★结构解释确认空间群为P212121。

输入分子式:

SHELXTL在进行结构解释时,分子式并不十分重要,重要的只是原子的种类。在结构解释完成后,必须修改分子式使之正确。

在输入原子种类之后,XPREP将产生name.hkl,name.pcf及name.ins文件。此时若衍射点进行了转换,则要求采用其它的名称(注意此时的HKL文件与P4P文件是不相符的);否则可采用当前的名称。

结构解析--XS

XS中包含三种结构解析方法:

★直接法

★Patterson

★碎片法

它们完全由INS文件所决定,XS运行命令为:xs name,以下是XPREP产生的INS文件:TITL ylid in P2(1)2(1)2(1) /标题

CELL 0.71073 5.9647 9.0420 18.4029 90.000 90.000 90.000/波长及单胞参数ZERR 4.00 0.0005 0.0008 0.0017 0.000 0.000 0.000 /Z值及参数偏差LATT –1 /晶格类型、对称心

SYMM 0.5-X, -Y, 0.5+Z /对称操作码,忽略x,y,z

SYMM -X, 0.5+Y, 0.5-Z

SYMM 0.5+X, 0.5-Y, -Z

SFAC C H O S /原子类型

UNIT 44 40 8 4/原子个数

TREF /直接法,PATT代表Patterson法

HKLF 4 /衍射点形式

END

通常采用直接法进行结构初解释,表征直接法的好坏有两个参数:

★CFOM /0.1以下

★RE /0.3以下

在直接法进行过程中,XS自动按照所给定的分子式把最强的峰指定为最重的原子,然后按照峰的强度指定其它的原子,并进行结构修正,以下是直接法产生的部分信息:

256. Phase sets refined - best is code 1071101. with CFOM = 0.0504

Fourier and peaksearch

RE = 0.137 for 14 atoms and 258 E-values

Fourier and peaksearch

RE = 0.120 for 14 atoms and 258 E-values

Fourier and peaksearch

产生的结果保存在RES文件中。

直接法在处理有心空间群时,有时可能失败,此时可把空间群降低成无心结构但最后必须把它转化成有心结构,或者可使用Patterson法。在有超过Na的重原子存在的条件下,Patterson 法可以给出较好的结果。

产生的RES文件如下:

TITL ylid in P2(1)2(1)2(1)

CELL 0.71073 5.9647 9.0420 18.4029 90.000 90.000 90.000

ZERR 4.00 0.0005 0.0008 0.0017 0.000 0.000 0.000

LATT -1

SYMM 0.5-X, -Y, 0.5+Z

SYMM -X, 0.5+Y, 0.5-Z

SYMM 0.5+X, 0.5-Y, -Z

SFAC C H O S

UNIT 44 40 8 4

/与INS文件相同

L.S. 4

BOND

FMAP 2

PLAN 20

S1 4 0.1897 0.6807 0.7416 11.000000 0.05 /最强峰命名为S

Q1 1 0.6672 0.8003 0.6769 11.000000 0.05 219.00 /差Fourier峰

Q2 1 0.3137 0.5023 0.6253 11.000000 0.05 171.90

……

HKLF 4 END

结构修正--XL

XL包含结构修正、产生差Fourier峰产生CIF文件等。XL运行时要求存在两个文件:name.hkl,name.ins文件,它的运行命令为:

xl name

XL从name.ins文件中读取所有指令及原子坐标,并从name.hkl文件中读取衍射点数据,然后按照空间群的等效性对衍射点进行平均,得到一致性因子R(int)及R(sigma):

XL中,修正是按照所有衍射点的强度I (I=F2)进行的,而不象其它结构修正程序,采用的是F,并忽略较弱的衍射点。

衍射点数据指令

★ HKLF 4 /衍射点类型

★ OMIT s[-3] 2θ(lim)[180] /删除I2θ(lim)

★ OMIT h k l /删除特殊衍射点

/差衍射点可查阅LST文件

★ EXTI x /二次消光参数

在修正结果中,有时将提示使用EXTI或S W A T,TWIN校正,此时就要加入EXTI指令,

该指令可加在原子之前UNIT之后的任何位置。

原子表和最小二乘约束指令

在INS文件中,原子表的格式为:

atomname sfac x y z sof U or U11 U22 U33 U23 U13 U12

其中atonmame是一个不多于四个字符的字符串,它代表了原子名字;sfac定义了原子类型(SFAC表顺序);sof为占有率,通常+10表明占有率固定。

★MOVE dx dy dz sign /x=dx+sign*x(sign=±1)

★EQIV $n symmetry /定义位置如:$1 1-x, 0.5+y, 0.5-z

★ANIS n, ANIS names /温度因子转化成各向异性

★AFIX mn d sof U/约束,通常由hadd产生

···

AFIX 0 /约束结束

★DFIX /原子间距的固定

★SAME /等价构型修正

最小二乘参数指令

★ L . S . nls /定义最小二乘修正的轮数

★ WGHT a b /权重参数

WGHT参数可由上一次修正得到的RES文件中得到,该参数将调整到尽量使GOF靠近1。结构报表指令

★ACTA /产生CIF文件,OMIT S中S≤0

★ BOND atomname /产生与某原子有关的键长及键角

★ CONF atomname /产生扭转角

/CONF C1 C2 C2_$1 C1_$1

★MPLA na atomname1…/通过前na个原子的最小二乘平面

/忽略na,采用全部原子;

/给出各原子与平面的距离

Fourier峰指令

★ FMAP 2 /差Fourier

★ PLAN npeaks /峰数目,小于0将产生负峰

XL修正产生的结果保存在相应的name.lst文件中,包括键长,键角,最小二乘平面等,实际上,最小二乘平面产生的结果只能在这个文件中才能找到。

TITL ylid in P2(1)2(1)2(1)

CELL 0.71073 5.9647 9.0420 18.4029 90.000 90.000 90.000

ZERR 4.00 0.0005 0.0008 0.0017 0.000 0.000 0.000

LATT –1 /1=P,2=I,3=R,4=F,5=A,6=B,7=C, negative: non-centrosymmetric

SYMM 0.5-X, -Y, 0.5+Z/等效点

…...

SFAC C H O S

UNIT 44 40 8 4------------------------------------- /基本指令,顺序不能更改

ACTA /产生CIF报表

L.S. 4 /修正轮数

BOND /产生缺省键长及键角

FMAP 2 /产生差Fourier峰

PLAN 20 /产生20个差Fourier峰

CONF /产生所有扭角

MPLA C1 C2 C3 C4 C5 /最小二乘平面

WGHT 0.1107 0.3361 /权重因子

FVAR 0.59501 /标度因子

/原子类型X Y Z SOF U11 U22 连续标记

S 4 0.19020 0.68142 0.74046 11.00000 0.04137 0.03493 =

/ U33 U23 U13 U12

0.04055 -0.00328 0.00839 -0.00463

C1 1 0.16672 0.87852 0.72894 11.00000 0.05652 0.03669 =

0.06412 0.00215 0.01069 0.00648

H1A 2 0.33010 0.92330 0.73090 11.00000 0.05000

······

HKLF 4 /衍射点数据格式:h,k,l,I,σ(I)

END

结构图形--XP

XP提供了多种功能,主要使用它分析化合物的结构,并重命名原子。它的运行命令为:xp name

若存在name.res文件,XP首先读取这个文件的所有数据(包括差Fourier峰),否则读取name.ins文件的数据,下列命令:

xp name.ins

可强制XP读取name.ins文件中的数据。

XP是一个交互式菜单驱动程序,包含九十多个命令,每个命令之后可以带有参数及关键词。可通过XP>>下的help命令来列出所有XP的命令,并可通过help inst(inst代表某一命令)来获得该命令的含义及使用方法。XP的主要的关键词(keyword)有:

ALL /表示当前原子表的所有原子

TO /表示连续的一段原子

$E /表示某一类原子,如$C表示所有C原子,$q表示所有峰。

在XP中,当前工作的原子组成一个原子表,所有的操作都只对该原子表进行(fmol命令除外)。

★1.fmol

fmol命令调用所有的原子及差Fourier峰,它通常是XP运行后的第一条命令。只有fmol的原子才参与后续的操作

★https://www.doczj.com/doc/4613730305.html,

info命令显示当前所有原子及其参数。通常在fmol之后都使用这一命令,用于检查原子信息,如温度因子是否合理。

★3.arad

arad可设置原子半径:ar,br,sr,其中ar及sr只与绘图有关,而br则定义了成键间距,arad使用方式如下:

arad ar br sr keyword 成键距离设置为br1+br2+del,其中del的缺省值为0.5。

★4.proj

proj显示结构图形,并提供菜单供图形的转动。它是观察化合物结构的主要手段。

★6.grow及fuse

grow命令使用当前的所有原子及所有的对称位置来对化合物进行扩展。这些原子是不能带入后续的修正的,fuse命令可删除扩展出来的原子。

★7.pick

pick命令以图形显示当前原子表的所有原子,投影角度与上次的proj相同。它按照当前原子表的顺序从下往上显示满足条件的原子并闪烁显示其周围的所有键,命令形式如下:pick keyword

其中keyword是可选项,缺省的是全部原子。

被选定的原子在闪烁时,XP将显示其峰高及其周围的键,此时可以对这一原子进行操作: ,,

PICK后的原子的排列顺序非常乱,此时可使用SORT命令来对原子进行重排。

★8.sort

该命令用于重新排序原子,通常需采用两条命令来完成原子排序:

sort/n /按原子名称的序号排序

sort $e1 $e2… /按原子种类排序

★9.envi

该命令可显示某一原子周围的所有键及其键角,其命令形式如下:

envi del keyword

其中del 定义成键距离(br1+br2+del),可忽略。

★https://www.doczj.com/doc/4613730305.html,

该命令用于重命名某些原子,其命令格式为:

name oldname newname [...]

在这个命令中,还可用“?”来代替所有除空格外的字符,name q? c? name q?? c?? 来把Q1到Q9的原子重命名为C1到C9(Q1存在且C1不存在)

★11.kill

该命令用于删除某些指定的原子,一类原子,一系列原子或所有原子,这些被删除的原子不能再复原。命令格式为:

kill S1 /删除S1原子

kill $s /删除所有S 原子

kill s1 to q5 /删除S1到Q5之间的所有原子(info 顺序)

★12.hadd

氢原子由于弱衍射的缘故在X-射线数据中是难以准确定位的,通常采用几何(理论)加氢并固定的方式来处理氢原子。

hadd 命令使用于理论加氢,其命令格式为:

hadd type dist U keyword

其中dist 及U 分别定义了氢原子与母原子之间的距离及其温度因子,通常忽略。keyword 定义了要加氢的原子,type 定义了加氢类型:

忽略所有参数时,hadd 自动按照C ,N ,O 周围的成键类型及键角进行理论加氢,但这时要注意某些原子周围的氢可

Type

氢原子构型 1

叔碳加一氢 2

仲碳加两氢 3

伯碳加三氢 4

芳香烃碳或氨基加一氢 9

烯烃碳加两氢 C H C H H C H H H C H C H H

能加错,特别是对构型为 的C 原子,X-C-Y 键角

更靠近109°,将按仲碳加两个氢,而若更靠近120°,则按芳香烃类型加一个氢。对于这些原子,若加氢类型不符合,可以用kill 命令首先删除这些原子上加入的H 原子,再通过指定加氢类型来加氢。

★13.file

该命令用于保存数据,命令方式为:

file name

注意:file 命令必须从其它文件(通常从RES)中复制基本 指令部分,否则在INS 文件中将失去这一部分信 息。

★14.isot

若在修正结构中发现某原子的各向异性温度因子不正常,可使用该命令,它把各向异性原子转化成各向同性,命令方式为:

isot keyword

★15.quit, exit

退出XP

我常遇到的情况是:一开始在各项异性前大于1,很多在峰各项异性后则变得没有啦,所以有人建议,在各项异性后,观察,然后把该处的原子都删掉,如果能出两个峰,则直接归属就可以啦;如果仍然出一个峰,那就需要裂分了;就经验而论,此时先进行各向同性修正(如果一修就跑,或者形状很奇怪,需要加入限制命令),然后进行各项异性修正。然后就要加氢了;有人建议不要再加氢,但是很多时候,无序设置和限制指令的加入,会很好的提供加氢的机会,有时为了使的连接无序集团的非无序原子的加氢正常,会删掉一个键,无序基团里加氢,需要注意,当然不加,必须在cif 文件中修改分子式;但如果要加就要注意氢原子的占有率的问题但还有的时候,在已经比较合理的情况下,原子附近出现q 峰,就像您的情况一样,但是似乎键长和夹角又不太合适,这样的话就需要先在各向同性的情况下进行比较严格的限制(键长和键角),然后精修,根据修的情况,再进行各项异性精修。可是,往往这种情况不能奏效,比如双键的情况,严格的限制会使得失去了双键的特点,这样的话,可以修一下最合理的一套,而另一套作为两个单点,孤立的方在外面,只是限制键长,键角不要限制太多,注意此时再去加氢有时也能加上,但是样子可能比较怪。

裂分,一般有两种方法,一是参考lst 文件中的建议,二是把原来的原子列出来,比如

C30 X Y Z A A A 11.000 0.1600 ...........................

可以写成

C30A X Y Z A A A A 11.000 0.1600 ..............................

C30 B X Y Z A A A A 11.000 0.1600 ..............................

两套坐标一样,一精修,就出来两套。好了罗嗦很多,愿能给您一些帮助,这只是个人意见,高手多提问题

C30A X Y Z A A A A 11.000 0.1600..........................

C30 B X Y Z A A A A 11.000 0.1600 ........................

这样写,原子的占有率是有问题的。

粗略的可以写成10.5000

如果需要精修,可以放开占有率,精修一下看看两个原子各自的占有率。供参考!

如何加氢:把溶剂水上的氢补上,通过傅立叶找不到,有时只能找到一个氢,这该如何是好?请高手赐教!精修时增加Q 峰的个数PLAN 100 或者PLAN 500,可能会出现一个合适的Q 峰,命名一下就行。还是不行,该咋办,这好像就说明晶体质量有问题。试试找个最近的氢用D F I X 固定。或者试试在附近生成一个X 原子,然后命名成H ,用D F I X 固定位置。

一种方法是把氧原子改为氮原子,并把该氮原子和其他原子连起来,然后理论加氢,把原子名称改回去,把氢原子的参数保留,加入命令AFIX 3

H1a ............................. C X Y

H2a................................

AFIX 0就可以拉。另外一种方法,采用数学方法计算出氢的坐标。其余与第一种方法相同。

先把这个氧和一个金属相连,给氧加三个氢,再删掉一个.去掉这个氧和金属间的键. 

保存,运行!可能会出现错误,改一下.ins文件,加氢的原子下面有一行字,AFIX 23 

把3去掉,保存,运行!就可以了。

有时,对于较大振动的溶剂可用 isor 等指令

如何画带有分子内和分子间氢键的晶胞堆积图

用join命令画分子内的氢键(join 3 atom atom)(备注,这里有点像ORTEP3)

再堆积分子(PACK);

去掉不合理的虚线(ENTER)

保留分子间氢键虚线.

试一下

我用的是shelxtl ,怎样才能在CIF文件中加入带有对称编码的那组氢键数据?

这样可以吗?

在ins文件加入HTAB,

精修XL后,在1st中找到氢键表,

D-H d(D-H) d(H..A)

O8-H8 0.814 2.269 168.53 3.050 O5 -x, -y-1, -z+1

在ins文件加入EQIV -x, -y-1, -z+1

HTAB O8 O5 -x, -y-1, -z+1

xl后,在CIF文件中却找不到该数据!

试一下

EQIV $1 -x, -y-1, -z+1

HTAB O8 O5_$1

ACTA

(基于SHELXL97结构解析程序和DOS版SHELXTL画图软件。在DOS下操作) 

1. 每一个晶体数据必须在D:/STRUCT下建立一子目录(如D:\STRUCT\AAA),并将最注意:

初的数据备份一份于AAA目录下的子目录ORG; 

2. 此处用了STRUCT.BAT批文件,它存在于C:\根目录下,内有path= c:\nix; c:\exe; d:\ struct; c:\windows\system32 (struct为工作目录,exe为SHELXL97程序,nix为SHELXTL画图) 

3. 在了解DOS下操作之后,可在WIN的WINGX界面下进行结构解析工作,画图可用XP或DIAMOND软件进行。 

 一. 准备 

1. 检查是否有inf、dat和f2(设为sss.f2)文件 

2. 用EDIT或记事本打开dat或inf文件, 并于记录本上记录下相关数据(下面所说的记录均指记录于记录本上): 

⊕ 从% crystal data项中,记下晶胞参数及标准偏差(cell);晶体大小(crystal size);颜色(crystal color);形状(crystal habit);测量温度(experiment temperature); 

=?.???? %; 

⊕ 从R merge项中,记下R

int

⊕ 从 total reflections项中,记下总点数; 

⊕ 从unique reflections项中,记下独立点数 

3. 双击桌面的DOS图标(或Win2000与WinNT的“命令提示符”) 

4. 键入STRUCT(属于命令,大小写均可。下同) 

5. 进入欲处理的数据所在的文件夹(上面的1 ̄2工作也可在这之后进行) 

6. 键入XPREP sss.f2 (屏幕显示DOS的选择菜单) 

7. 选择[4],回车(下记为<cr>) 

8. 输入晶胞参数<cr> (建议在一行内将6个参数输入,核对后<cr>) 

9. 一系列运行(对应的操作动作均为按<cr>)之后,输入分子式(如, Cu2SO4N2C4H12。此分子式仅为估计之用。注意:反应中所有元素都应尽可能出现,以避免后续处理的麻烦) <cr> 

10. 退出XPREP运行之前,机器要求输入文件名,此时一定要输入文件名,且不与初始的文件名同名。另外,不要输入扩展名。如可输入aaa <cr> 

11. 检查是否产生有PRP、PAR和INS文件(PRP文件内有机器对空间群确定的简要说明) 

12. 更名:REN aaa.f2 aaa.hkl 

13. 用EDIT或记事本打开aaa.ins文件,在第二 ̄三行中,用实际的数据更改晶胞参数及其偏差(注意:当取向改变了,晶胞参数也应随之对应),波长用实际波长。 

二.解结构 

1. 键入SHELXS aaa或XS aaa,<cr> (INS文件中, TREF为直接法,PATT为Pattersion法) 

2. XP,<cr> (进入XP程序)(可能产生计算内址冲突问题,注意选择处理) 

3. READ or REAP aaa <cr> (aaa.res 为缺省值,若其它文件应是文件名.扩展名,如aaa.ins)

4. FMOL, <cr> (不要H原子时,为FMOL LESS ¥H,或FMOL后,KILL ¥H, <cr>) (读取各参数,屏幕上显示各原子的键合情况) 

5. MPLN/N, <cr> (机器认为最好取向) 

6. PROJ, <cr> (随意转动,直至你认为最理想取向) 

7. PICK,<cr> (认为合理的位置投相应原子,如C原子键入C8,注意序号不能重复;不合理的用<cr>剔除,暂时不确定用空格键放弃,完成或不再投原子时键入"/") 

8. SORT …….. <cr> (排序) 如,SORT ¥Cu ¥N ¥C ¥H <cr> 

9. FILE aaa, <cr> (保存文件) 

10. EXIT,<cr> 或QUIT,<cr> (退出XP程序) 

11. 打开aaa.ins,删去原子序号之前的HKLF 4这一行以及机器自动产生的REM行(借助WINGX界面不会产生这一问题) 

12. 键入SHELXL aaa <cr> (此时的目的是用Fourier峰和差值Fourier峰找其它原子) 13. 用EDIT或记事本打开aaa.LST文件(查看Fourier峰的大小,记住峰值大于5e/?3以上的峰如Q1 ̄Q8;如果前一次处理中有误,可能提示一些信息于文件中,请注意处理,去误存真) 

14. 进行15 ̄23步,投Qn(Fourier峰较大者) 

15. 重复25 ̄27步骤,直到解出完整结构模型(过程中可打开LST文件查看进行情况) 

三.结构修正 

16. 用EDIT打开aaa.ins,并完成: 

⊕删去原子序号之前的HKLF 4这一行(修正时,不允许在原子序号前有HKLF 4;但HKLF n可放在END的前一行), 以及机器自动产生的REM行; 

⊕在UNIT行后加入TEMP ?? (单位已设为°C)一行; 

⊕加入 SIZE (晶体的三维尺寸 ???? ???? ????,单位已设为mm)一行; 

⊕在MERG 2前加REM;在OMIT 4前加REM 

17. 键入SHELXL aaa <cr>

18. 用EDIT打开aaa.res,并将END后的WGHT行移到FVAR行之后,另存为同名的INS文件作为输入的指令文件 

19. 重复30 ̄31步骤,完成同性修正。每一次修正后,均可打开LST文件查看运行情况。认为合理时,COPY aaa.res zzz.res <cr> (另存文件,以备用)。必要时,记下同性(此时)

的R

1和wR

因子(不要求完全收敛) 

20. 用EDIT打开aaa.res,并将END后的WGHT行移到FVAR行之后,并在原子序号之前加入单独的ANIS n一行(ANIS为异性修正,n为原子个数,可根据情况设定),存为同名的INS文件(履盖了原INS文件) 

21. SHELXL aaa <cr> 

打开LST或RES文件,不合理时,修正INS文件ANIS n的n, 重复进行32 ̄33步,直到合理后 

1. 进行第36步 

2. 进入XP程序,并加H。对C、N可理论加H,指令为HADD<cr>;对其它原子,则需采用Fourier加H,即第16步为REAP aaa <cr>,第20步时投H原子 

3. FILE aaa, <cr> (保存文件) 

4. EXIT,<cr> (退出XP程序) 

5. 用EDIT打开aaa.ins,并完成: 

⊕更改 BOND 0.5为BOND ¥H 

⊕将各个H原子移到相应原子之后,在H原子前加AFIX n3一行,H原子之后加AFIX 0一行(有关n的规定,请查看SHELXL说明书); 

⊕删去原子序号之前的HKLF 4这一行(修正时,不允许在原子序号前有HKLF 4),以及机器自动产生的REM行; 

⊕如果非N、C原子仍不能找出H原子,可提高PLAN后的数值(残峰多一点) 

6. 重复29 ̄30和34 ̄38步,继续修正,以致H尽可能全部找出(如果实在找不出,应在记录本上说明具体情况) 

7. 重复29 ̄30步,直到R1收敛,Shift/error最小(0.00?),残余峰小(<1e/?3)。此时,结构精修工作完成。强烈建议将这时的文件另存一备份(可履盖同性备份文件),COPY aaa.res zzz.res 

四.氢键查找 

氢键查找有多种方法,这里只是操作最简单的机器自动产生方法 

8. 用EDIT打开aaa.res,END后的WGHT行移到FVAR行之后,并在UNIT行后加入HTAB一行,存为同名的INS文件(履盖了原INS文件) 

9. SHELXL aaa <cr> 

10. 打开LST文件,记录下H键情况。并将H键情况拷贝到RES文件中的原子序号之前、BOND之后,并将它们编成HTAB O2 N2_¥1形式(¥1为对称性代码,用EQIV在HTAB之前定义),存编辑后的RES文件为INS文件(履盖了原INS文件) 

11. SHELXL aaa <cr> 

12. 用EDIT打开LST文件,核查用HTAB a b产生的H键是否全了和准确(和机器HTAB产生的H键对比)(用HTAB a b产生的H键和用机器HTAB产生的H键的差别在于前者可直接写

入CIF文件中并在以后的处理中自动产生H键表,而后者不能;同时,有时机器HTAB产生的H键不合理,如一个给体同时与三个或以上受体产生H键,这必须依据H键的键长和键角用人工HTAB a b方式挑出正确的) 

13. 记录下H键情况,以备画图之用 

五.产生晶体学表 

14. 用EDIT打开含H键命令的aaa.res,并完成: 

⊕END后的WGHT行移到FVAR行之后; 

⊕去掉LIST 行; 

⊕在UNIT行之后加ACTA一行(以产生晶体学文件CIF和FCF) 

⊕在ACTA行之后加TEMP(测量温度)(21°C, 为TEMP 21)、SIZE各一行 

可在CONF前加REM 

⊕另存为同名的INS文件(履盖了原INS文件) 

1. SHELXL aaa <cr> (运行之后将产生CIF和FCF两个文件) 

2. 用EDIT打开CIF文件,输入晶系、空间群、颜色、形状、总衍射点数和Rint等参数

3. CIFTAB aaa (键入命令之前,可先关闭打印机,以免产生错误动作) 

T<cr> 

… 

注意:实验室统一规定,晶体学数据文本文件统一存为aaa.TXT;衍射点文件统一为aaa.SFT 4. 用EDIT打开aaa.res,在ACTA命令前加REM,以免产生误操作,增加CIF文件48步的编辑工作。至此,结构解析工作基本完毕(结构解析还包括最小二乘平面的计算MPLA、画图等工作) 

六.画结构图 

5. 进行15 ̄19步骤。其中,17步为READ ZZZ.RES(RES可省。ZZZ.RES为H键产生前的文件) 

6. 画ORTEP图:JOIN 5 $H;LABL 1 550;TELP 0 -50 

7. 画堆积(PACKING)图:MATR n(n = 1,2或3);PBOX;PACK(其中有许多操作,最后记得选sgen/mol后退出); LABL 1 330; TELP CELL 

8. 画特殊图 

********************************* 

实验室对原子的颜色和线条(ATYP)统一规定为: 

ATYP n ¥atom: n=1 for C; 2 for O; 3 for N; 4 for V, Mo or W;

n=5 for Cu, Ni, etc. 8 for Cl or X; 3 for tetrahedron 7 for octahedron. 

注意:画图的指令很多,可通过HELP获得帮助。每一图都应输入一文件名,文件名应一目了然。如:BALL为球棒图;ELL50(.PLT)为ORTEP图;PKA为沿a轴的投影图;PKB为沿b轴的投影图;PKC为沿c轴的投影图;HA为沿a轴的H氢键图;1D为一维链图等。如果是随意的,应在记录本上记下对应文件名的意义。 

说明:在写论文时,作为初稿,可用XP的VIEW/W 命令在屏幕上显示图后,用拷屏方法先嵌于文中。作为正式稿,则采用其它方式插入图。常用方法有三:一是将图打印出来,指令为XP下的DRAW ELL50 (ELL50为PLT文件),后扫描成TIFF文件;二是XP下的DRAW ELL50.PLT

文件为HPL文件,后在WINGX下转化为PS文件,再用PHOTOSHOP转化为TIFF文件;三是直接在DIAMOND下直接作图,并将图拷贝到PHOTOSHOP转化为TIFF文件。三种方法各有优缺点,第一种方法的PLT图文件很小,是TIFF文件的1/10 ̄1/100,且图像清晰,但要外部扫描。第二种方法将可在计算机内直接操作,不需要纸,但产生了两个较大的图文件HPL和TIFF,且转成黑白图时原彩色图不清晰。第三种方法的最大优点是图像艳丽(也可设置成黑白图),适于画多面体图和制作幻灯片,但其指令较多,且文件非常庞大,在计算机存储空间足够大时是很好的一种方法。(一般稿件要求提供TIFF图或EP图,晶体学期刊要求提供HPL图) 

七.晶体学表WORD表格化 

9. 从WORD打开aaa.txt文件,用表格相关命令将之转化为WORD表格,并另存为aaa.doc文件 

aaa.ins文件的格式(常用) 

TITL --title up to 76 characters 

CELL--wavelength in ? and unit cell in ? & degree 

ZERR--Z(number of molecule = unite-content/molecule-formula), cell esd's 

LATT--lattice type 

SYMM--symmetry operators 

SFAC--to define scattering factor numbers 

UNIT--unit cell contents in the same order 

SIZE--crystal dimensions, e.g. SIZE 0.61 0.039 0.023 

TEMP--temperature, e.g. temp 22 

L.S. n --n cycles full-matrix least-squares 

ACTA--CIF-output, bonds, Fourier peak search 

OMIT h k l --to suppress bad reflections 

BOND ¥H(/0.5)--including H(/ or non-H) in bong lengths/angles tables 

CONF--all torsion angles except involving H 

EQIV ¥1 -x+1, -y+1, -z-- symmetry operation 

HTAB--H-bonds will be listed in the LST file 

HTAB a d--(a is the acceptor, d is the donor. This command can code H-bonds into the CIF file.) 

HFIX m7 or m3--(7 for rotating model, 3 for riding model, and m see 'help HADD') BIND a b--to join atoms a and b 

RTAB H..D--to list the distance of H and D (e. g., RTAB H..D H1 O2_¥1) 

RTAB AHD--to list the angle of H bonding (e. g., RTAB AHD N1 H1 O2_¥1) 

MPLA n atom1 atom2 …-- to list the derivation of plan(<0.03? basic plane, <0.07 near plane, >0.07? out of plane) 

FMAP n--Fo-Fc Fourier (when n<0, hole peaks will also be found) 

PLAN n--no. of peak list 

EXTI-- to refine an isotropic extinction parameter 

SWAT-- to calculate the solvent effect 

ANIS n -- to convert n atoms from isotropically to anisotropically 

WGHT--weighting shceme 

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