Версия для слабовидящих
Химики «научили» рентген видеть атомы водорода в кристаллах Печать Email
Новости об инновациях
03.06.2016

Химики из Германии, Польши и Австралии протестировали новый алгоритм для уточнения данных рентгеновских исследований монокристаллов. С его помощью, отмечают авторы, можно различить даже положения атомов водорода у небольших по размеру молекул. Ранее считалось, что такие разрешения для водорода достижимы лишь для дорогостоящих методов нейтронного рассеяния. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, кратко о нем сообщает блог британского Королевского химического общества.

Классический метод для выяснения структуры веществ — исследование дифракции рентгеновского излучения на монокристаллах. Поскольку длина волны рентгеновских лучей сопоставима с межатомными расстояниями, упорядоченные в кристаллах атомы выступают в роли дифракционной решетки. Проходя сквозь образец излучение формирует «пятнистую» картину рассеяния, по которой кристаллографы и выясняют расположение атомов в кристаллах. 

Рассеяние рентгеновского излучения происходит на электронной плотности вокруг атомов, поэтому лучше всего «проявляются» тяжелые элементы. Водород же почти не рассеивает рентген — у него всего один электрон. Из-за этого восстановить точные расположения его атомов в кристалле очень сложно. Как правило, для этого используется другой метод исследования структуры — дифракции нейтронов. Последние хорошо рассеиваются на ядрах водорода. Главный минус нейтронной дифракции в ее низкой доступности — малом количестве приборов такого класса и высокой стоимости исследования. 

В новой работе авторы попытались извлечь данные о точном положении атомов водорода из традиционных рентгеновских данных. Ранее уже описывались примеры, когда в специальных условиях это было возможно. Ученые сконцентрировались на предложенной недавно технике уточнения рентгеновских данных с использованием квантово-химических расчетов — уточнение положения атомов по Хиршфельду.

Структура комплекса меди с уточненными положениями атомов водорода. Magdalena Woińska et al. / Science Adv., 2016

Сам метод заключается в том, что вместо простейшей сферической модели электронной плотности вокруг атомов используется менее симметричное приближение, связанное с тем, что электроны в молекуле взаимодействуют друг с другом и с другими атомами. 

Проверить метод авторы решили на 81 структуре хорошо изученных соединений — от гидратов щавелевой кислоты, до коротких пептидов или макроциклических веществ. Соединения выбирались таким образом, чтобы для каждого из них было проведено исследование нейтронной дифракции. С помощью нового метода ученые проводили повторный анализ данных рентгеновской дифракции. Важно отметить, что химики выбирали только те данные, которые могли бы быть получены в лаборатории среднего класса. В 75 случаях из 81 уточнение данных было успешным. По словам авторов, в большинстве случаев расхождение между нейтронной дифракцией и обновленными данными не превышало одного стандартного отклонения.

Ученые подчеркивают, что для уточнения применялось бесплатное программное обеспечение, а на работу с одной структурой уходило от нескольких часов, до нескольких дней на однопроцессорном компьютере. Авторы верят, что новый метод станет важной вехой в развитии квантовой кристаллографии. 

Вместе с тем, химики отмечают, что метод Хиршфельда не применим для восстановления положения атомов водорода в белках. В отличие от большинства кристаллов низкомолекулярных соединений, в кристаллах белков сохраняется некоторая подвижность групп атомов. В результате, в кристаллах наблюдается неупорядоченность, не позволяющая вычислить распределение электронной плотности. Поэтому, для определения точных длин и положений связей атомов «скелета» белков с водородом альтернатив нейтронной дифракции нет.

Определение положений и длин связей атом-водород важно для изучения реакционной способности и других свойств молекул. К примеру, знания о пространственном расположенииатомов водорода в гидрогеназе — ферменте, ответственном за обратимое окисление молеулярного водорода — необходимы для того, чтобы понимать, как он работает. 

Владимир Королёв

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2016/khimiki-nauchili-rentgen-videt-atomy-vodoroda-v-kristallakh

 
Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта