Overview
ソース: 博士ジミー フランコ - メリマック大学講座
X 線結晶構造解析、分子または複雑な三次元形状の決定は、結晶性固体中の原子の立体配置を決定するために一般的に使用される方法です。化合物の構造と機能は密接に関連するので特に重要です、化合物の立体構造を決定します。化合物の構造についての情報は、その動作や反応を説明するためによく使用されます。これは、化合物の立体構造を解決するための最も有用な技術の 1 つまたは複雑で、場合によっては構造の決定の唯一の現実的な方法があります。X 線質の結晶成長は、x 線結晶構造解析の重要なコンポーネントです。サイズと結晶の品質は、x 線結晶構造解析で検討されている化合物の組成に依存されます。通常より重い原子を含む化合物は大きい回折パターンを作り出す、従ってより小さい結晶が必要があります。一般的には、明確に定義された面を持つ単結晶が最適と通常有機化合物の結晶は重原子が含まれているものよりも大きくなければなりません。実行可能な結晶は、なし、x 線結晶構造解析は不可能です。いくつかの分子が他の人よりも本質的により結晶、従って x 線品質の結晶を得ることの難しさは、化合物によって異なります。X 線結晶の成長は、高品質の結晶を製造に重点を置いたが、化合物を浄化するために使用される再結晶過程に似ています。多くの場合、高品質結晶は結晶化のプロセス遅く、日または数か月にわたって発生することがありますを許可することで取得できます。
Principles
加熱と冷却、蒸発、それぞれ蒸気拡散などの x 線結晶成長法の数がある、' 自身の利点と制限事項。1ここに記載は、成長している x 線質結晶、液相拡散の最も有用な方法の 1 つです。2成功した x 線結晶溶剤の適切な選択に依存します。化合物は、1 つの溶媒でも別の不溶性可溶性である必要があります。液相拡散 NMR 管などの細い管に高密度溶媒の上に低密度溶剤を慎重に重ねる必要があります。拡散率大幅サイズに影響を与えるし、結晶急速な拡散の品質より小さい結晶を支持は、遅い拡散を支持するより大きくより高い品質の結晶成長中。NMR 管などの細いチューブの使用率は、こうして高品質結晶の成長を容易にする環境を作成する、溶剤の拡散を遅くなります。化合物を溶解すると、下層の一般的に使用される溶剤は、塩化メチレンやクロロホルムをな。化合物は密度の低い溶媒で分解するが、トップの溶媒は結晶形成前に蒸発を開始できます、これが問題になることができます。最適な条件より密な溶媒に溶解した化合物をしています。最上位のレイヤーは、反溶媒または鉛塩法です。頻繁に使用される反溶媒はヘキサン、ペンタン、ジエチル エーテル、メタノールです。2 溶剤を慎重に階層化されて、一度ゆっくりと互いに拡散できます。X 線結晶の形成を促進する、バイナリ ソリューションの少ない水溶性化合物になります。
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Procedure
1. クリスタル チューブとフィルターの準備
- 三角フラスコに NMR チューブを配置します。
- ピペット フィルターを準備します。
- ピペットで糸くずワイプ (1 インチ 1 インチ) の部分を配置することによってフィルターを作成し、ピペット (図 1) のボトルネック部分にワイプをしっかりとくさびにロッドを使用します。
- 必要なすべてのクリスタル チューブ 2 ピペット フィルターを確認します。
2. クリスタル チューブにサンプルを追加します。
- (テトラフェニルポルフィリン、10 mg) 化合物を溶媒 (ジクロロ メタン) 0.75 mL に溶かしてください。
- ピペットと優しくフィルターを通すことで、チューブの先頭に混合物を追加します。
- 粒子につながる小さな希望の大きい単結晶ではなく複数の結晶核生成サイトの作成を避けるために除外されます。
- サンプルは、非常にゆっくりと優しくクリスタル チューブに配置されている、一度は、新しいフィルター ピペットからチューブに反溶剤 (メタノールの 1.5 mL) を追加します。以前に追加されたソリューション (図 2) にゆっくりとレイヤーに反溶媒を許可します。ピペットを介した溶媒をプッシュ、溶剤が自体がフィルターを通過できるように電球を使用しないでください。
- 密度が高い溶剤がまずクリスタル チューブに追加されることを確認します。
- 2 つの溶剤がお互い混和性であることを確認します。これは、溶媒を添加する前に実行されます。
- NMR キャップとチューブをシールします。
3. 結晶成長
- 混合する 2 つの溶媒を起こさずどこ彼らは邪魔されないキャビネットにクリスタル ・尿管を配置します。
- 結晶化時間と変わる各化合物 - 通常チューブに委ねられること邪魔されず週クリスタル。
- 週後で、結晶成長用チューブを検査します。
- 結晶成長は通常 2 つの溶媒の界面で発生します。
- 結晶成長の証拠のための管を目視で確認します。化合物結晶形成の付加的な時間を必要とする場合、溶剤の混合を容易にしない注意します。
- 結晶成長が起こった場合、さらに検査を顕微鏡を使用してチューブ。
4. 結晶選択
- X 線回折による結晶はよく顔を定義した必要があります。
- 可能であれば避けるべきである一緒にクラスター化した結晶。
- 回折計の結晶を配置する前にすぐに、結晶を収穫する準備ができるまで、クリスタル管に結晶を残します。
- チューブの結晶を維持する溶媒和を結晶に残るようになります。解消の溶媒和を割るため、結晶が発生し、結晶の回折を妨げます。
図 1。ピペット フィルターのイメージ。-リントフリーの小片がしっかりとピペットのボトルネックでくさびで留められています。ソリューションは、クリスタル管に導入される前にこれらのピペット フィルターも渡されます。
図 2。クリスタル チューブで対象となる化合物を含むソリューションを配置すると、新しいピペット フィルターを通すことでは、反溶媒の上は層ゆっくり。
単結晶は、その構造の決定のため必要です。結晶の品質は大きく品質と構造決定の精度に影響します。
単結晶は、固体の分子配列がすべての 3 つの次元で繰り返されます。結晶性の固体内の原子の空間的な整理は、x 線結晶構造解析を使用して決定できます。この手法では、純粋な結晶のサンプルは、x 線のビームで包まれています。結晶は、結晶構造と分子の組成に関連する特徴的なパターンで x 線を引き起こします。結晶が余りにすぐに形成される場合分子が乱れること、不純物は結晶に組み込むことができるまたは 2 つ以上の溶融結晶の単結晶ではなくフォームがあります。したがって、x 線結晶構造解析のための十分な品質の結晶を生成する低成長に重点を置いた特殊なメソッドが必要です。
このビデオが x 線質結晶の所望の特性を示すため、成長する、それらのための手順を示すし、化学でこの技術のいくつかのアプリケーションをご紹介します。
電子散乱 x 線球面 x 線を生成することによって波のときにヒットします。原子が整然とした配置で、建設的な干渉波は x 線検出器の特徴的な回折パターンを生成します。結晶は、複数の角度からの回折パターンを収集するビーム内で回転します。十分な回折パターンを持つ分子構造が得られます。
X 線質の結晶は一般に対称図形を形成し、滑らかで、光反射面を持ちます。偏光顕微鏡下で見ると、彼らは透明になりますが、ほとんど暗いとき回転 90 ° になる必要があります。これは高度秩序構造を示します。これらの結晶を成長し、液相の拡散がよく使用されます。これは 2 つの混和性溶剤を採用しています: 低密度の溶媒または再結晶する化合物は溶ける; ない鉛塩法高密度溶媒化合物が水溶性であります。通常、溶剤に沈殿の体積の比は 2:1 です。
低密度鉛塩法は、高密度の溶媒の化合物の集中された解決に組み込まれます。時間をかけて化合物になりますソリューションを沈殿ミックスとして難溶。小さい溶剤インターフェイス拡散、従ってより大きいより純粋な結晶を降伏の遅い速度で起因します。今では成長している x 線質結晶の原理を理解しては、液相拡散によるそれらの成長のプロシージャを行ってみましょう。
まず、テキスト プロトコルは、必要な機器を取得します。化合物と共沈剤密度の低い溶媒を取得します。
ピペット フィルターを準備するには、ガラス ピペットの上部にキムワイプの小片を置き、軽くロッドまたは紙を穿刺しないように注意して、別のピペットの茎を使用してピペット本体の底に紙を押します。2 つのピペット フィルターを準備します。NMR チューブに 1 つを配置します。必要に応じて、研究室クランプ ・ リング スタンド付きアセンブリを固定します。0.75 ml の溶媒再結晶する化合物の約 10 mg を溶解します。
今、ピペット フィルターにサンプル ソリューションを慎重に追加します。一番上に電球を貼るし、固体不純物を除去する NMR チューブにソリューションを渡すゆっくりと絞る。電球吸引フィルター紙が取り除かれます、それが接続されているを再展開することはできません。
次に、使用されるピペット フィルターを削除し、NMR チューブに 2 番目のフィルターを配置します。管に鉛塩法の約 1.5 mL のピペットします。溶剤が重力によってフィルターを通過を許可します。さあ今から任意の操作中にフィルターを邪魔しないように注意してください。一度、鉛塩法のすべては管にフィルタ リングは、フィルターを削除し、チューブのキャップします。キャビネットまたは他の簡単にチェック場所それがない興奮する場所にそれを配置します。
少なくとも 1 日後結晶成長用チューブを検査します。結晶が存在しない、水晶が非常に小さい場合は、サンプル チューブを平静のままにします。結晶が表示されている場合は、溶媒層を乱すことがなく、サイズや形状を確認します。
結晶は、大規模な明確に定義された、一緒にクラスター化されていない場合は、線質になる自分の可能性を確認するには顕微鏡下で結晶を調べます。回折計のスキャンを開始する準備が整うまで、チューブから結晶を削除しないでください。溶媒分子は、結晶構造に組み込まれている、乾燥して結晶を許可すると、結晶が低下します。X 線結晶構造解析を使用して、これらの暗い赤紫色の結晶の分子構造はテトラフェニルポルフィリンを検証しました。
X 線結晶構造解析は化学および生物化学の重要な分析ツールです。
加熱と冷却、液体液体拡散、水蒸気拡散および遅い蒸発再結晶の方法があります。単一溶媒系の遅い蒸発で化合物は少量の溶媒に溶解し、キャップに小さな穴が開いて、コンテナー内に配置します。溶媒が蒸発する化合物が結晶化を開始するまでの濃度が増加します。
蛋白質の機能多くの場合、構造に関連します。ただし、タンパク質は結晶化する非常に困難することができます。専門技術は、蛋白質の X 線質結晶を成長する開発する必要があります。ここでは、タンパク質溶液の一滴は鉛塩法の滴と混合され、この混合物は純粋な鉛塩法とチャンバーのシールします。溶剤の蒸気は、ドロップのうち拡散、ドロップでタンパク質の溶解度を減少させるとタンパク質がゆっくり結晶します。別の手法は、タンパク質溶液、鉱物油の下で鉛塩法をミックスします。これらのテクニックを使用して、様々 なたんぱく質が分析のため結晶することができます。
粉末回折法、各可能な空間的なオリエンテーションは同時にサンプルで表されます。粉末回折は、立体構造データの損失のため、単結晶 x 線回折と構造についての情報です。代わりに、粉末回折は、結晶性固体の混合物を分析し、非晶質構造の結晶性の評価に優れています。
X 線結晶構造解析のための結晶成長にゼウスの導入を見てきただけ。成長し、化学でこの技術のいくつかのアプリケーションのためのプロシージャ、x 線質結晶の特性に精通している必要がありますできます。
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Results
液相拡散の技術は、テトラフェニルポルフィリンの x 線質結晶を作成する使用されました。反溶媒としてメタノール溶媒としてジクロロ メタンを使用して、液体が妨げられず 1 週間のコース上をゆっくりと拡散を許されました。大規模な明確に定義された、濃い赤紫色の結晶は、(図 3) の 2 つの溶媒の界面に形成されます。結晶の成長を視覚的に観察できます。結晶は、非常によく定義された面は、顕微鏡で見ることができると成長しました。
図 3。TPP の x 線回折による品質結晶します。固まっているまたは互いから成長する結晶は避けるべきであります。明確に定義された面を持つ大型の単結晶は通常より良い結果をもたらします。
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Applications and Summary
液相拡散による x 線質結晶を育てることができます。バイナリの溶媒系の拡散が遅い x 線回折に適した結晶の作成を可能にします。このメソッドにより、ゆっくりと形成する結晶格子に大きくつながるともっとよく結晶を定義します。NMR 管の使用容易に最適な結晶成長を可能にする、溶剤の拡散が遅い。この処理どこでも数日から数ヶ月かかることができます。結晶化プロセス中に多くの場合、溶媒分子が結晶格子に組み込まれます。したがって結晶を「乾燥」をすることを回避することが重要です。したがって、液相拡散の利点の 1 つは、結晶は通常この現象を回避する 2 つの溶媒の界面の成長です。
液相の拡散は、x 線結晶構造解析の最も重要なコンポーネントである x 線質の結晶を生成するための最も有用な技術のひとつです。X 線質結晶を得ることは通常実験 x 線結晶学の制限要因であります。X 線結晶構造解析は、本質的に分子の構造になり、化合物の完全な構成を決定するため少なくとも曖昧な法の三次元画像を作成します。以来、分子の構造と機能は密接に関連して、化合物の立体構造を解読する能力はさまざまな化学・薬学分野のアプリケーションに非常に役立ちます。研究者と製薬会社使用 x 線結晶構造解析蛋白質の構造を決定するどのように小さな分子を調べるは、創薬及び設計の目的のための酵素と対話します。3-5 x 線結晶構造解析はまた評価の金属錯体の最も有用な方法の 1 つ。この手法は、互いとその配位子と金属の対話方法の貴重な洞察を漏らした。X 線結晶構造解析を使用して 2 つのクロム原子の間の最初の今までに識別された 5 倍ボンドが確認されました。6金属錯体の発光特性を説明するため、この手法を使用もできます。7結晶構造解析はまた広く使用されてホスト ・ ゲスト化学でこのメソッドは分子間の非共有結合性相互作用について貴重な情報を明らかに尽力されています。8
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References
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