亚水杨酸铋的结构终于被发现,它是缓解胃痛的药物Pepto-Bismol的活性成分,也是商业上最重要的铋化合物之一。

虽然这种物质已经被用于治疗胃肠道疾病120多年了,但它的化学结构仍然是一个谜。“我们认为确定最具标志性建筑之一的结构非常重要化合物,”研究的共同负责人说肯恩英奇来自瑞典斯德哥尔摩大学。

格伦Briand加拿大芒特埃里森大学(Mount Allison University)的无机化学家、未参与这项研究的费希尔指出,这类材料的结构通常是用x射线晶体学确定的。他说:“这项技术需要晶体的生长,其中材料中的分子以有序的排列组合在一起。”但是亚水杨酸铋是非常小的无序晶体,不能用这种方法来研究。

化合物的晶体结构模型。它有一层铋原子和氧原子夹在两层水杨酸盐离子之间。

来源:©Erik Svensson Grape et al 2022

次水杨酸铋被证明是一种层状结构的配位聚合物(Bi =粉色;O =红色;C =灰色;H省略)

英格和一组研究人员现在使用透射电子显微镜来确定这种化合物的结构。他们结合了3D电子衍射(3DED)和扫描透射电子显微镜(STEM),这使他们能够获得平均晶体结构的3D模型和其他具有原子分辨率的图像。英格的同事解释说:“我们可以看到分子的排列是不规则的,这也是为什么这种结构在这么长时间内都无法确定的原因之一。汤姆Willhammar

英奇补充说:“对于这两种技术,重要的是要有一个灵敏和快速的探测器,以及快速工作,因为含有有机分子的样品通常很快就会被电子束破坏。”他把这种化合物的结构比作冰淇淋三明治。他说:“人们可以想象,铋和氧离子构成了(冰淇淋)馅料,有机水杨酸离子构成了威化饼。”“在晶体中,这些(三明治)堆叠在一起。有时,当它们无序时,会被颠倒过来。”

但由于这种紊乱在晶体中并不是无处不在,科学家们必须放大才能找到它。“在亚水杨酸铋中,分子整齐有序地排列的晶体尺寸被限制在几百纳米以内,没有错误和无序。毛罗·Gemmi他是意大利理工学院电子晶体学方面的专家。“只有一种能够从像这些结构域这样小的区域捕获信息的技术才能成功地确定结构。”这种方法正是这样做的。”

Inge指出,3DED和STEM已经被用于阐明其他晶体结构,并相信这两种技术的普及将继续增长。Gemmi表示同意。他说:“这些方法的可能应用远远超出了制药领域分子结构的确定。”“每当晶体的尺寸降到微米以下时,就会出现这种现象。”我能想到几乎不可能结晶的小蛋白质,或者像陨石或星际尘埃这样的行星材料中的纳米晶体。这是结晶学的未来。”