x-衍射及应用(改)86891.ppt

现代X-衍射技术在药物研究中的应用 一、X射线与X射线光谱 2、X射线光谱 （2）X-射线特征光谱---与靶元素有关 3、X射线的衍射 Bragg衍射方程及其作用 产生X射线管(光源) X-射线衍射分析的发展史 1895年，德国物理学家伦琴，发现X射线，并获得1901年首届诺贝尔物理学奖。 1912年，德国物理学家劳厄（M.V.Laue），发现X-衍射现象。总结出劳厄方程，解释了X-射线、晶体和衍射方向的关系。1914年，劳厄获得诺贝尔物理学奖。 1913年，英国物理学家布拉格父子，研制出世界上第一台X-衍射仪。总结出布拉格方程，奠定了近代晶体学学科的发展基础。1915年，布拉格父子获得诺贝尔物理学奖。 1921年，英国的布拉格首次开创应用X-衍射测定天然产物分子晶体结构。 1957年，霍奇金完成维生素B12的晶体结构测定，并于1964年，获得诺贝尔化学奖。 1961年，英国肯德鲁运用X-衍生测定生物大分子的肌红蛋白的三唯结构，佩鲁茨对血红蛋白结构进行了X-分析，并获得1964年诺贝尔化学奖。 60年代开始，伴随计算机发展X-衍射进入智能分析阶段。豪普曼和卡尔获得1985年化学奖。 X-射线分析技术的贡献 促进了学科的发展 19项诺贝尔奖，29位科学家获奖 新兴学科的诞生----分子生物学、蛋白晶体学、结构分子生物学 多学科的交汇点----计算数学、物理、化学、药学、植物、地质学、考古学等 药学研究领域 确立了大量天然药物、合成药物的分子结构 美国NCI收集了40万种药物三维数据库 分析了药物、受体及复合物的晶体结构 美国著名PDB蛋白质晶体结构数据库 药物研究领域 分析原料药结构分析、构型与构象分析以及固体多晶型药物分析 单晶X-衍射结构分析 晶体生长 （小分子、大分子晶体学的研究热点） 衍射试验 结构解析与精确化 结构描述（用晶体学的术语描述晶体结构） 一、晶体生长 单晶的要求：无气泡、空缺、位错、孪生和聚集 理想晶体的尺寸：0.5mm X 0.5mm X0.5mm 球形状 影响单晶生长的因素 1、化合物自身的性质---决定结晶难易程度或选择结晶方案 （1）具有刚性分子容易形成晶体，柔性分子化合物，或骨架或含有较长侧链，易形成多构现象。 （2）取代基的种类是影响结晶的重要因素 多羟基化合物容易形成分子内和分子间氢键，影响有序排列。 （3）样品纯度，样品纯度高容易结晶 2、晶体生长方法 缓慢溶剂蒸法 缓慢冷却法 混合溶剂法 溶剂扩散法 溶剂包结法 3、溶剂系统的选择 （1）溶剂 根据化合物的结构信息选择溶剂系统，获得有限饱和度的溶液体系。 （2）溶解度 选择溶解度适中的溶剂系统 4、温度和湿度的控制 （1）温度 控制溶剂挥发的快慢 维持恒定的生长温度 （2）湿度 干燥的环境有利于单晶的生长，避免潮湿闷热的环境。（北方的春秋季节好） 5、外部体系稳定 避免机械震动、晃动容器 6、体系洁净度 晶核优先生长在杂质微粒上。有杂质，不利于生成大单晶，杂质包裹影响质量。 7、生长时间---样品性质和溶剂系统影响 一般小分子药物需要两周甚至更长的时间。 二、X-单晶衍射试验 1、单晶的选择 偏光镜下操作，晶体尺寸：最短方向大于等于0.1mm，总体积大于等于10-3mm3，表面洁净。空气中不稳定晶体，应密封或特殊包裹与空气隔绝。 2、单晶衍射试验及条件 （1）衍射仪器四圆衍射仪、面探测衍射仪、和CCD衍射仪。 （2）试验条件 根据样品稳定性、尺寸、分子量大小、样品衍射能力等选择不同的测量参数 （3）晶系与劳厄衍射型判断 常见晶系：三斜、单斜和正交（占95%） 根据衍射数据强度，确定晶系与劳厄型 （4）衍射数据收集 药物分子一般需要收集1000-6000个数据。 （5）系统消光规律和空间群的判断 根据衍射强度总结消光规律，判断所属的空间群 三、结构解析 1、直接法 根据衍射数据直接计算，相位确定无须已有的结构信息 计算软件：Multan和Shelxs等 可以完成95%的小分子药物晶体结构的解析。 2、重原子法 海洋有机分子中经常含有P、S、Cl、Br等重元素。X-射线散射能力随原子序数增加而增加。由重原子位置，获得其它轻原子的位置。 四、结构精确化 用最小二乘法和差值傅立叶计算方法，修正分子结构模型，最终获得精确的立体结构。由R（收敛因子）来表示结果，正确结构的R9%. 五、结构描述 运用国际通用的晶体学术语描述结构信息与各种分子立体图形（包括：分子量、分子式、分子立体投影图、晶包堆积图等） 六、衍射与波谱分析关系 X-粉末衍射分析 研究对象 无数随即取向的微小晶粒组成的晶态或非晶态样品。 检测内容： 只能做成分鉴别，而不能做结构鉴定。 颗粒尺寸：100-200um 样品量：单一成分，100m