Новости химической науки > Рентгеноструктурный анализ без кристаллов

Кристаллы являются излюбленным материалом химиков для определения молекулярной структуры веществ с помощью метода рентгеноструктурного анализа (РСА). Но когда ученые не могут получить вещество в кристаллической форме, или же его недостаточно, чтобы вырастить хорошие кристаллы, появляются трудности.

Однако из сложившейся ситуации был найден выход – ученые предлагают использовать наноразмерные подложки, чтобы зафиксировать молекулы, которые они хотят визуализировать.

В рентгеновской кристаллографии рентгеновские лучи проникают через монокристалл вещества. Дифракционная картина позволяет определить структуру молекулы, которая формирует кристаллическую решетку образца. Метод РСА помог ученым визуализировать структуру бесчисленного количество молекул, включая антибиотики, промышленные катализаторы и даже синтетические заменители сахара.

Результаты РСА природного продукта миякосина А, зафиксированного кристаллической губкой (обозначена коричневым). (Рисунок из Nature, DOI: 10.1038/nature11990)

Группа ученых под руководством Макото Фуджита (Makoto Fujita) из Университета Токио сообщает, что пористые металлические каркасы с большими порами можно использовать в качестве «кристаллических губок», которые инкапсулируют молекулы-гости в поры, организуя молекулы в упорядоченную систему, которая может быть изучена с помощью рентгеноструктурного анализа. Метод можно использовать для определения строения образца, масса которого составляет всего лишь 80 нанограмм.

В одном примере исследователи использовали кристаллическую губку на цинковой основе для фиксации всего лишь 5 микрограмм миякосина А (miyakosyne A), редкого морского природного продукта, стереохимия метильной группы которого не была известна. Однако исследователи смогли определить стереохимию соединения, используя разработанную ими бескристальную кристаллографическую методику.

Эксперт в области природных продуктов из Гарвардской медицинской школы Жан Кларди (Jon Clardy) говорит, что он был впечатлен как структурой миякосина А, так и тем, что для проведения анализа применялось ограниченное количество вещества. Обычно такой массы образца недостаточно для получения кристаллов и, соответственно, проведения РСА. Тем не менее, новый подход к анализу позволил найти ответ на сложный вопрос, касающийся стереохимии вещества.

Один из авторов работы Я-сухиде Инокума (Ya-suhide Inokuma) говорит, что существует большое количество работ, посвященных характеристике веществ, на которые тратится немало времени и денег. Метод же, разработанный токийскими учеными, нацелен на упрощение этих исследований. По мнению Инокума, новый способ будет полезен в химии природных соединений, в изучении продуктов питания и парфюмерии, в поиске новых лекарств, криминалистике и ежедневных исследованиях химиков-синтетиков.

В настоящий момент кристаллические губки не являются коммерчески доступными, и число веществ, которые могут быть изучены с помощью нового метода, ограничено теми молекулами, которые соответствуют по размеру порам губки. Инокума уверен, что эти ограничения со временем разрешатся. Более того, Инокума заявляет, что его коллеги могут смоделировать и без труда синтезировать другие кристаллические губки с различными размерами и окружением пор. Следующее, чему ученые хотели бы уделить внимание – использовать новый метод для анализа белков.

Джуст Н. Х. Рик (Joost N. H. Reek), эксперт в области супрамолекулярной химии из Университета Амстердама в Нидерландах, считает, что в своей статье Фуджита наглядно демонстрирует возможности применения пористых металлоорганических каркасов для рентгеноструктурного анализа. Рик высказывает мнение, что если эта методика станет доступной для химиков-органиков, то скорость определения структуры природных соединений значительно возрастет.

Источник: Nature, 2013, DOI: 10.1038/nature11990

метки статьи: #аналитическая химия, #химия поверхности, #химия твердого тела