Деплатформинг структур. Почему кристаллохимикам все труднее доверять друг другу
Почему кристаллохимикам все труднее доверять друг другу
Кембриджская база структурных данных (Cambridge Structural Database, CSD) — это большая база кристаллических структур, которая специализируется на органических и металлоорганических соединениях. В ней и ей подобных ученые размещают кристаллические структуры веществ — а также ищут здесь нужные для их работы соединения (от экспериментов до моделирования).
Каждая структура — это текстовый файл, который содержит информацию об условиях эксперимента по дифракции и данные о строении вещества: координаты атомов, параметры кристаллической решетки, распределение электронной плотности в молекуле и так далее.
Чтобы получить эту информацию, химики специально выращивают монокристаллы нужного вещества и проводят его рентгеноструктурный анализ (РСА). А чтобы данные о кристаллической структуре попали в общий перечень, их нужно опубликовать в рецензируемом научном журнале — либо в форме краткого сообщения прямо на сайте кристаллографической базы данных (перед одобрением его тоже рецензируют).
Анализ проводят на рентгеновском дифрактометре. Это лабораторный прибор, стальной шкаф с источником ионизирующего излучения внутри: в нем вращающийся кристалл вещества облучается рентгеновским излучением, а датчики регистрируют картину дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке образца. По сути, химик получает данные о форме и интенсивности дифракционных пиков в зависимости от угла рассеяния. Из них на компьютере рассчитывается структура кристалла: сингония решетки и параметры элементарной ячейки, а по ним уже можно делать выводы о строении отдельных молекул, из которых состоит этот кристалл.
Сейчас РСА — рутинный метод. Дифрактометры стоят в каждом уважающем себя институте (по крайней мере, если брать США, Европу и Китай). Если у вас есть монокристалл, определить его структуру не составляет особенного труда. Поэтому кристаллохимики занимаются не столько совершенствованием метода, сколько анализом уже полученных структур, которые берут как раз из баз данных, типа CSD. По ним определяют, как кристаллизуются вещества с разным типом решеток, ищут закономерности в строении вещества и специфике межмолекулярных и межатомных взаимодействий в зависимости от состава и условий синтеза кристалла.
Самое сложное в этом деле — не анализ, а получение монокристалла, структуру которого вы хотите описать, засунув в дифрактометр. Кристаллизация может занять пару минут, а может не случиться вообще, сколько бы не старался экспериментатор.
При этом в сообществе сегодня принято приводить данные РСА в любой научной статье о строении нового вещества — хотя бы для одного из серии соединений с похожей структурой. А лучше, конечно, для конечного вещества в цепочке превращений. Есть случаи, когда для определения структуры достаточно и анализа попроще, но если химик стремится опубликовать статью по синтезу нового вещества со сложной структурой в журнале высокого уровня, скорее всего, ему придется выращивать монокристаллы.