Züchten von Kristallen für die Röntgenbeugungsanalyse

Quelle: Labor von Dr. Jimmy Franco - Merrimack College

Röntgen-Kristallographie ist eine Methode, die häufig verwendet, um die räumliche Anordnung der Atome in einem kristallinen Festkörper zu bestimmen, die für die Bestimmung der dreidimensionalen Form eines Moleküls oder komplexe ermöglicht. Bestimmung der dreidimensionalen Struktur einer Verbindung ist von besonderer Bedeutung, da einer Verbindung Struktur und Funktion sind eng miteinander verbunden. Informationen über eine Verbindung Struktur wird häufig verwendet, um sein Verhalten oder Reaktivität zu erklären. Dies ist eines der nützlichsten Techniken für die Lösung der dreidimensionalen Struktur eines Stoffes oder komplex, und in einigen Fällen kann es sein, dass die einzig praktikable Methode zur Bestimmung der Struktur. X-ray Qualität Kristalle wachsen, ist die zentrale Komponente des Röntgen-Kristallographie. Die Größe und Qualität des Kristalls ist oft stark abhängig von der Zusammensetzung der Verbindung von Röntgen-Kristallographie untersucht. In der Regel Verbindungen mit schwereren Atome erzeugen eine größere Beugungsmuster, so erfordern kleinere Kristalle. In der Regel Einkristalle mit klar definierten Flächen sind optimal, und in der Regel für organische Verbindungen, die Kristalle größer als diejenigen, die schwere Atome enthalten sein müssen. Ohne tragfähige Kristalle ist Röntgen-Kristallographie nicht möglich. Einige Moleküle sind von Natur aus mehr kristallinen als andere, so kann die Schwierigkeit, x-ray Qualität Kristalle variieren zwischen Verbindungen. Das Wachstum der Röntgen-Kristalle ist vergleichbar mit dem Prozess der Rekristallisation, die häufig zur Reinigung von Verbindungen, aber mit einem Schwerpunkt auf die Herstellung von höher Qualität Kristalle verwendet wird. Oft erhalten höhere Qualität Kristalle dadurch, dass die Kristallisation gehen langsam, die im Laufe der Monate oder Tage auftreten können.

Gibt es eine Reihe von Methoden für den Anbau von Röntgen-Kristalle, wie Heizung und Kühlung, Verdunstung und Dampf Diffusion, jedes mit seinen "eigenen Vorteile und Einschränkungen. ¹ beschriebenen ist eines der nützlichsten Methoden für wachsende Röntgen Qualität Kristalle, flüssig-flüssig-Diffusion. ² erfolgreiche Röntgen Kristallwachstum hängt die richtige Wahl der Lösungsmittel. Die Verbindung muss in einem Lösungsmittel aber unlöslich in einem anderen löslich sein. Flüssig-flüssig-Diffusion beinhaltet sorgfältig Schichtung eine Low-Density Lösungsmittel auf höherer Dichte Lösungsmittel in einen dünnen Schlauch, z. B. ein NMR-Röhrchen. Die Rate der Diffusion kann großen Einfluss auf die Größe und Qualität der Kristalle-schnelle Verbreitung begünstigt kleinere Kristalle, während langsame Diffusion das Wachstum der größere und höhere Qualität Kristalle begünstigt. Die Nutzung von dünnen Rohren, wie NMR Rohre, verlangsamt sich die Diffusion von Lösungsmitteln, wodurch ein Umfeld, das das Wachstum der höheren Qualität Kristalle erleichtert. Häufig verwendete Lösungsmittel für die untere Schicht, die die Verbindung aufgelöst ist, sind Methylenchlorid oder Chloroform. Die Verbindung ist in den weniger dicht Lösungsmittel gelöst, aber dies kann als problematisch erweisen, wie das obere Lösungsmittel beginnen kann, um vor der Kristallbildung verdunsten. Die optimale Voraussetzung ist es, die Verbindungen in den dichteren Lösungsmittel gelöst haben. Die oberste Schicht ist die Anti-Lösungsmittel oder Fällungsmittel. Häufig verwendete Anti-Lösungsmittel sind Pentan, Hexan, Diethylether oder Methanol. Sobald der beiden Lösungsmittel sorgfältig geschichtet worden sind, dürfen sie langsam ineinander diffundieren. Die Verbindung wird weniger löslich in die binäre Lösung erleichtert die Bildung von Röntgen-Kristallen.

1. Vorbereitung des Crystal Rohr und Filter

1. Legen Sie ein NMR-Röhrchen in einen Erlenmeyerkolben.
2. Bereiten Sie einen Pipette-Filter.
   1. Konstruieren Sie den Filter zu, indem man ein Stück fusselfreien Tuch (1 Zoll von 1 Zoll) in der Pipette, dann verwenden Sie einen Stab fest das Tuch Keil in den Engpass Teil der Pipette (Abbildung 1).
   2. Machen Sie zwei Pipette Filter für jedes Kristall Rohr benötigt.

(2) Zugabe der Probe mit dem Crystal-Rohr

1. Die Verbindung (Tetraphenylporphyrin, 10 mg) in 0,75 mL des Lösungsmittels (Dichlormethan) auflösen.
2. Fügen Sie mit einer Pipette vorsichtig die Mischung an die Spitze des Rohres hinzu, indem man es durch den Filter.
   1. Partikel werden herausgefiltert, um die Erstellung von Keimbildung Websites zu vermeiden, die zu kleinen mehrere Kristalle anstelle der gewünschten größeren Einkristallen führen kann.
3. Sobald die Probe in der Kristall-Röhre sehr langsam und sanft gelegt wurde, Hinzufügen der Anti-Lösungsmittel (1,5 mL Methanol) das Rohr durch eine neue Filter-Pipette. Lassen Sie das Anti-Fließmittel langsam Schicht auf die zuvor hinzugefügte Lösung (Abbildung 2). Verwenden Sie eine Glühbirne nicht, schieben das Lösungsmittel durch die Pipette, stattdessen das Lösungsmittel durch den Filter von selbst fließen lassen.
   1. Stellen Sie sicher, dass Lösungsmittel die höhere Dichte der Kristall-Rohr zuerst hinzugefügt wird.
   2. Überprüfen Sie, dass die beiden Lösungsmittel miteinander mischbar sind. Dies geschieht vor der Zugabe des Lösungsmittels.
4. Verschließen Sie das Röhrchen mit einem NMR-Kappe.

3. die Kristallzüchtung

1. Ohne dass die beiden Lösungsmittel zu vermischen, legen Sie die Kristall-Tube(n) in einem Schrank wo sie nicht gestört werden.
2. Kristallisationszeit variiert jede Verbindung - in der Regel den Kristall, die Rohre für eine Woche ungestört bleiben sollte.
3. Inspizieren Sie nach einer Woche die Rohre für Kristallwachstum.
   1. Kristallwachstum tritt in der Regel an der Schnittstelle zwischen den beiden Lösungsmittel.
   2. Überprüfen Sie die Schläuche nach Beweisen des Kristallwachstums. Achten Sie darauf, nicht zu erleichtern, Lösungsmittel, mischen, für den Fall, dass die Verbindung zur Kristallbildung zusätzliche Zeit erfordert.
   3. Wenn sich herausstellt, dass Kristallwachstum stattgefunden hat, näher untersuchen Sie die Rohre unter dem Mikroskop.

4. Crystal-Auswahl

1. X-ray Diffraction Kristalle sollten gut Gesichter definiert haben.
2. Kristalle, die geclustert haben sollten wenn möglich vermieden werden.
3. Verlassen Sie die Kristalle in der Kristall-Röhre erst unmittelbar vor den Kristall, unmittelbar vor dem Inverkehrbringen der Diffraktometer des Kristalls zu ernten.
   1. Halten die Kristalle in der Röhre wird sichergestellt, dass die Kristalle solvatisierte bleiben. De-Solvatation kann dazu führen, dass die Kristalle zu knacken und die Beugung des Kristalls zu behindern.

Abbildung 1: Ein Bild von der Pipette Filter. Ein kleines Stück fusselfreien Tuch hat fest an den Engpass der Pipette eingeklemmt worden. Die Lösungen werden aber diese Pipette Filter vor, um das Kristall-Rohr eingeführt übergeben.

Abbildung 2. Sobald die Lösung mit gezielten Verbindung in der Kristall-Röhre platziert wird, wird das Anti-Lösungsmittel langsam an der Spitze geschichtet, indem Sie sie durch eine neue Pipette Filter übergeben.

Die Technik der flüssig-flüssig-Verbreitung wurde verwendet, um x-ray Qualität Kristalle von Tetraphenylporphyrin erstellen. Mit Dichlormethan als Lösungsmittel und Methanol als Anti-Lösungsmittel, durften die Flüssigkeiten langsam im Laufe einer Woche zu verbreiten, ohne gestört zu werden. Groß, klar definierte, dunkel violett-rötliche Kristalle entstehen an der Schnittstelle zwischen den beiden Lösungsmittel (Abbildung 3). Das Wachstum der Kristalle kann visuell beobachtet werden. Die Kristalle wuchs mit sehr gut definierte Flächen, die mit einem Mikroskop gesehen werden können.

Abbildung 3. X-ray Diffraction Qualität Kristalle TPP. Kristalle, die verklumpten zusammen sind oder wachsen, die aus einem anderen, sollte vermieden werden. Große Einkristalle mit klar definierten Flächen ergeben in der Regel bessere Ergebnisse.

X-ray Qualität Kristalle können durch flüssig-flüssig-Diffusion angebaut werden. Die langsame Diffusion von binären Lösungsmittelsystem ermöglicht die Erstellung von Kristallen für x-ray Diffraction geeignet. Diese Methode ermöglicht das Kristallgitter bilden langsam, führt häufig zu größeren und gut definierte mehr Kristalle. Die Verwendung von NMR Röhrchen erleichtert die langsame Diffusion von Lösungsmitteln, ermöglicht optimale Kristallwachstum. Dieser Vorgang kann von wenigen Tagen bis zu mehreren Monaten dauern. Oft während der Kristallisation werden Lösungsmittel Moleküle in das Kristallgitter eingebaut. Daher ist es wichtig, zu vermeiden, dass die Kristalle "austrocknen". Damit zählt die Vorteile der flüssig-flüssig-Diffusion, wachsen die Kristalle in der Regel an der Schnittstelle zwischen den beiden Lösungsmittel, die dieses Phänomen umgeht.

Flüssig-flüssig-Diffusion ist eines der nützlichsten Techniken zur Herstellung von x-ray Qualität Kristalle, das ist die wichtigste Komponente der Röntgenkristallographie. X-ray Qualität Kristalle zu erhalten ist in der Regel der limitierende Faktor auf Röntgen-Kristallographie Experimente. Röntgen-Kristallographie erzeugt im Wesentlichen ein dreidimensionales Bild der ein Molekül-Struktur, so dass es die wenigsten zweideutige Methode zur Bestimmung der vollständigen Konfiguration einer Verbindung. Da Struktur und Funktion von Molekülen eng miteinander verbunden sind, ist die Fähigkeit, dreidimensionale Struktur eine Verbindung zu entschlüsseln äußerst nützlich für eine Vielzahl von chemischen und pharmazeutischen Anwendungen. Forscher und Pharmaunternehmen Verwendung Röntgen-Kristallographie, die Struktur von Proteinen bestimmen, zu prüfen, wie kleine Moleküle interagieren mit Enzymen zum Zwecke der Wirkstoffforschung und -Gestaltung. ^3-5 Röntgen-Kristallographie ist auch eines der nützlichsten Methoden zur Auswertung Metallkomplexe. Diese Technik verrät wertvolle Einblicke wie Metalle interagieren miteinander und ihrer Liganden. Die erste jemals ermittelte Quintupel Bindung zwischen zwei Chrom-Atomen wurde durch Röntgen-Kristallographie identifiziert. ⁶ diese Technik kann auch verwendet werden, zu erklären, die leuchtenden Eigenschaften der Metallkomplexe. ⁷ Kristallographie hat auch in Wirt-Gast-Chemie, verbreitet worden wie diese Methode wertvolle Informationen über nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Molekülen beigetragen hat. ⁸

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