新技术将x射线晶体学应用于无法结晶的分子

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金属氧化物框架可以用来笼住分子,如环己酮,以获得晶体结构

x射线晶体学有塑造了现代化学.它可以说是分子结构分析中最强大的工具。但它有一个很大的缺点:它只能分析形成明确晶体的材料。这种情况现在可能要改变了。日本的研究人员使用了“晶体海绵”用来保存不能结晶的分子,可以用x射线晶体学对它们进行分析。

对于化学家来说,尝试和失败使化合物结晶是一项令人沮丧的任务。猪沼康hide Inokuma的经历也不例外。2010年,猪隈和他在东京大学的同事我想出了一个解决办法.在金属原子和有机配体的帮助下,他们构建了分子笼,通常被称为金属-有机框架(MOF),以捕获富勒烯,并使用单晶衍射(SCD)(一种x射线晶体学)分析它们的结构。

现在,他们已经更进一步,调整了分子笼,使各种化合物的SCD成为可能,即使是那些在室温下是液体的化合物。值得注意的是,这可以用不到0.1微克的化合物来完成。

Inokuma和他的同事们用其中一种方法构建了分子笼硫氰酸钴(II)碘化锌(II)三羟甲基氨基甲烷(4-pyridyl)液- 1,3,5-triazine形成一个八面体笼子。通过将单晶MOF浸入到MOF溶液中,目标分子就能被囚禁起来。一旦进入MOF,目标分子就会进入最稳定的热力学方向。这是关键,因为SCD只有在分子保持相同方向时才能工作,以使x射线以可靠的方式散射。

立体化学的简约

在最初的尝试中,他们成功地设下了陷阱环己酮而且异戊二烯,并分析它们的结构。接下来,他们接受了分析结构的挑战miyakosyne一,长链海洋天然产物。只有5µg,他们不仅能够确定它的结构,而且还确定了羟基的绝对立体化学。

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微量的复杂天然产物,如宫古素A,可以使用新技术进行分析

然而,它也有局限性。Inokuma承认,“来自纯单晶的数据,即不使用分子笼的数据,通常比我们的方法更好,也就是说,键长和键角更可靠”。但对于许多根本不结晶的化合物,这种方法仍然足以获得它们的结构,特别是当与核磁共振和质谱等标准工具结合使用时。

近年来,分离与分析相结合(例如LC-MS)已被证明对化学家来说是无价的。Inokuma及其同事设想了LC-SCD,将液相色谱和单晶衍射结合起来,创造出一种强大的新分析工具。

他们已经在干橘子皮上试验了LC-SCD技术。将果皮提取液通过高效液相色谱机,将每种化合物放入含有分子笼单晶的小瓶中。然后,该团队就能够获得关于果皮分子的良好结构数据。

这场革命不会具体化

那么,Inokuma的方法能彻底改变x射线晶体学吗?他说,当然有可能理查德•库珀他是英国牛津大学化学结晶学的负责人。“和以往一样,会有一些警告和例外,但这无疑将SCD的研究范围推向了正确的方向。”

琥珀汤普森牛津大学的另一位晶体学家就没那么热情了。她说:“关键是将腔体的大小和表面特性与目标分子相匹配。”因此,如果空腔太大,目标分子将“翻转”,使分析无效。如果它太小,目标分子可能不适合在腔。

Inokuma承认,像蛋白质这样的大分子目前还不能被分析。他说:“我们必须努力使我们的方法更加通用。”但我们希望在五年内,我们的方法将成为标准方案。”