+100 Молекулярных структур новых веществ

В сентябре 2019 года в ИОХ РАН начал функционировать новейший дифрактометр D8 QUEST, с использованием которого стало возможно проведение рентгеноструктурного анализа в стенах ИОХ РАН. За время работы прибора уже установлено строение более 100 новых веществ. Михаил Миняев, сотрудник ИОХ РАН, непосредственно осуществляющий исследования на дифрактометре, подробно рассказал, что такое рентгеноструктурный анализ, какие объекты можно исследовать в ИОХ РАН с его помощью и как получить наилучшие результаты.

Михаил, что такое рентгеноструктурный анализ и зачем он нужен рядовому химику?

Рентгеноструктурный анализ (РСА) устанавливает строение вещества в кристалле. В химии этот метод используется для подтверждения строения соединений и установления различных структурных характеристик молекул, таких как длины и углы связей. Традиционно РСА используется в органической, неорганической и металлоорганической химии для анализа малых молекул, однако прибор, функционирующий в ИОХ РАН, за счет своих выдающихся характеристик также позволяет устанавливать строение белков и полимерных соединений.

В чем преимущества РСА перед другими физико-химическими методами анализа?

Рентгеноструктурный анализ является единственным широкодоступным методом, позволяющим однозначно установить строение химического соединения в отличие, например, от спектральных методов, которые лишь подтверждают, что соединение соответствует предполагаемой структуре. Зачастую изомерные соединения имеют очень схожие сигналы в спектрах, и в таких случаях именно РСА сможет дать однозначный ответ на вопрос о строении вещества.

Когда именно дифрактометр появился в ИОХ РАН?

Прибор появился в июне, после чего были проведены пуско-наладочные работы и установлено программное обеспечение. С начала сентября дифрактометр активно используется для проведения рентгеноструктурных исследований.

Какие объекты сейчас изучаются на дифрактометре и какова его производительность?

В настоящее время мы анализируем самые разнообразные органические и металлоорганические структуры. Производительность прибора в значительной мере зависит от объектов исследования. Анализ кристалла, слабо отражающего рентгеновское излучение, может занимать довольно продолжительное время, вплоть до целых суток. В среднем, при условии достаточной отражающей способности кристаллов, за рабочий день мы можем проанализировать от трех до пяти образцов.

Расскажите, пожалуйста, как именно проводится рентгеноструктурный анализ.

Для проведения РСА необходим кристалл желательно размером от 0.1 до 0.5 мм. Кристалл помещается в прибор и под разными углами собираются отражения рентгеновского излучения. На следующем этапе по наиболее сильным отражениям делается вывод о том, к какому типу решёток Браве принадлежит исследуемый кристалл. Затем осуществляется накопление отражения с 4-5 различных ракурсов, после чего с использованием специального программного обеспечения осуществляется интегрирование полученных данных в трехмерные массивы и их усреднение. На заключительной стадии, исходя из полученных результатов, производится установление структуры соединения.

Осуществляете ли Вы РСА исключительно для структур, синтезированных в ИОХ РАН, или возможно исследование образцов сторонних организаций?

Дифрактометр преимущественно работает на нужды ИОХ РАН, однако мы открыты к сотрудничеству и готовы проводить исследования для всех желающих.

Что Вы можете посоветовать коллегам, чтобы получать наилучшие результаты РСА?

Пробоподготовка — одно из важнейших слагаемых успешного рентгеноструктурного анализа. Кристаллы для РСА лучше всего приносить в маточном растворе, а если соединение неустойчиво — в вазелиновом масле под аргоном. В этих случаях кристаллы сразу готовы к помещению в прибор и анализу. Высушенные кристаллы зачастую подвергаются слипанию, а сопровождающие их мелкие кристаллы вносят значительные сложности при проведении РСА. Размер анализируемых кристаллов также играет важную роль. Как мной уже отмечалось, оптимальным является размер от 0.1 до 0.5 мм. Слишком большие кристаллы приходится резать, что негативно влияет на общее время проведения анализа. Также хотелось бы сказать несколько слов о способах выращивания кристаллов. Обычно кристаллы, выпавшие непосредственно из реакционной смеси, далеко не самые удачные для проведения РСА. Наилучшие результаты чаще всего получаются с кристаллами, полученными медленным упариванием или с использованием газовой или жидкостной диффузии.