|
引言
在《采用单晶结构分析方法测定绝对构型》的短文，介绍了以Flack参数1为衡量结果可靠性的方法，这种方法是目前国际晶体学界普遍认同的标准方法。但是，在通常的实际测试工作中，特别是当化合物晶体只由C、H、N、O等轻元素组成的时候，结果常常并不理想。很多实验数据表明，即使采用CuKa作为入射X-射线光源，这类轻元素晶体结构的Flack参数偏差也常常落在0.1-0.2的区间，这与理想情况（偏差低于0.1）2有较大的差距，从而影响了绝对构型测定的可靠性；至于采用MoKa作为入射X-射线光源，那么这类轻元素晶体结构的Flack参数偏差将毫无意义，因而无法测定绝对构型，这就是为什么测定绝对构型一般要求化合物的组成元素中含有原子序号大于S的元素。但是，在实际工作中，特别是某些天然提取物，通常只由C、H、N、O等轻元素组成，且不易或不适合做S或卤素的衍生化，如果采用传统的Flack参数法，通常不易可靠地测定绝对构型。于是，Hooft等人提出了新的测定方法3。
评述
在这种新的方法中，虽然也提出了一个类似Flack参数的新参数，即Hooft参数，但是该方法的主要思路并非通过单一参数来判定绝对构型测定的可靠性，而是采用概率的方法，给出绝对构型被正确测定的概率。在文章中，Hooft等人列举了若干化合物的晶体结构数据，对比了Flack参数法和新方法的测定结果，所有化合物都只由C、H、N、O等轻元素组成，多数数据采用了CuKa作为入射X-射线光源，还有少量数据采用了MoKa作为入射X-射线光源。对比的结果如下：
1．Flack参数法对数据的“绝对构型覆盖率”（Bijvoet Pair Coverage）没有特殊要求，即使覆盖率为0%仍可以使用，而新方法要求覆盖率最好达到100%。这意味着新方法要求收集更多的数据，因而收集时间更长，理论上至少长一倍，不过这符合新方法的概率特点。由于仪器的快速发展及数据收集的高自动化程度，新方法的这种要求通常不成为问题。
2．新方法得到的Hooft参数类似于Flack参数，但是Hooft参数的偏差更小，通常为Flack参数偏差的一半。如果Hooft参数有类似于Flack参数的物理意义，那么这将意味着新方法的绝对构型判定能力更强，结果也更可靠。
3．新方法同Flack方法的根本差别在于，前者是概率的方法，并非通过单一参数，即Hooft参数判定结果的可靠性，而是给出绝对构型被正确测定的概率，这个概率是一个可以连续变化的百分数。对比而言，Flack方法更象是一种非此即彼的方法，当Flack参数合理，则结果可信，否则结果不可信，当Flack参数介于合理和不合理之间的时候，结果很“模糊”。
4．采用CuKa作为入射X-射线光源的数据，两种方法都有效，但是新方法的结论更确定。Flack方法给出的Flack参数偏差通常较大，在0.1-0.2之间，有的甚至大于0.2，虽然可以勉强确定绝对构型，但是判定能力较弱。
5．采用MoKa作为入射X-射线光源的数据，Flack方法无效，新方法虽不全部有效，却至少有一定的效力，这代表了一个很大的进步。
目前，该新方法已经植入晶体学通用程序PLATON4中。结构解析完成后，采用PLATON中的Bijvoet Pairs选项即可完成绝对构型的测定。
案例
我组测试了cytidine的晶体结构及绝对构型，印证了新方法相对于传统Flack方法的进步，结果参看表1。由于晶体学程序PLATON即包含了新方法，又涵盖了传统的Flack参数方法，因此输出的表1同时给出了两种方法的结果。从表1中看出Flack参数为0.01，偏差为0.19，这种偏差表明绝对构型已经确定了，但不是很理想，其确定能力较弱。采用新方法分析，结果表明绝对构型被正确测定的概率P2(true)和P3(true)均为1.000，说明绝对构型被非常确定地测定了，而且新方法的Hooft参数的偏差0.07也大大低于Flack参数的偏差0.19。其他参数的具体含义可以参看相关文献。
表1. 测定cytidine绝对构型的晶体学程序PLATON的详细输出列表
Formula C9H13N3O5
Space Group P212121
Wavelength 1.54178
Flack x .... 0.01
Flack (su) . 0.19 以上为采用Flack方法分析绝对构型
Bijvoet Pairs 754 以下为采用新方法分析绝对构型
Coverage ... 97
DiffCalcMax. 12.01
Outlier Crit 24.02
Scatter Plot
Sigma Crit.. 0.25
Select Pairs 179
Number Plus 110
Number Minus 69
Aver. Ratio 0.742
Slope ...... 0.954
Normal Prob. Plot
Sample Size. 743
Corr. Coeff. 0.995
Intercept .. 0.041
Slope ...... 0.992
Bayesian Statistics
Type ....... Gaussian
Select Pairs 743
P2(true).... 1.000
P3(true).... 1.000
P3(rac-twin) 0.9E-11
P3(false) .. 0.4E-46
G .......... 0.9556
G (su) ..... 0.1337
Hooft y .... 0.02
Hooft (su) . 0.07
结论
采用单晶衍射测定绝对构型有了新的进展，在传统的Flack参数法的基础上，Hooft等人另辟蹊径，提出了新的方法。其基本思路是采用概率统计的方法，给出绝对构型被正确测定的概率。对只由C、H、N、O等轻元素组成的晶体结构数据进行测试比较，表明新方法得到的结论更确定，甚至对于一些MoKa X-射线数据，新方法都能够至少指明一个正确的方向，这是传统的Flack方法所无法做到的。另一方面，新方法同传统方法相比的缺点是，要求数据收集得更完备，因而数据收集时间更长，这显然与新方法的概率属性相匹配。如果在95年以前，即使提出这种新方法，其缺点也将极大地限制该方法的普及，因为这样收集数据的时间太长了，而且样品可能会坏掉；但是到95年后，特别是进入2000年后，晶体学仪器和软件快速地发展，先进的低温技术、快速灵敏的固体面探测器、高亮度的微焦斑X-射线光源，以及数据收集的高度自动化程度，使得数据收集速度极大地提高，为新方法的提出奠定了技术上的基础。
主要参考文献：
1、Flack, H. D. (1983). Acta Cryst. A39, 876-881.
2、Flack, H. D. & Bernardinelli, G. (2000). J. Appl. Cryst. 33, 1143-1148.
3、Hooft, R. W. W., Straver, L. H. & Spek, A. L. (2008). J. Appl. Cryst. 41, 96-103.
4、Spek, A. L. (2003). J. Appl. Cryst. 36, 7–13.
|
