Krystallografi er den eksperimentelle videnskab der anvendes til bestemmelse af atomernes positioner I faste stoffer.

Transkript

1 Krystallografi er den eksperimentelle videnskab der anvendes til bestemmelse af atomernes positioner I faste stoffer. Kilde: Wikipedia

2 INTRO? Sildenafil, trade name VIAGRA TM, chemical name 5-[2-ethoxy-5-(4-methylpiperazin-1-ylsulfonyl)phenyl]-1- methyl-3-propyl-1,6-dihydro-7h-pyrazolo[4,3-d]pyrimidin-7-one, formula C 22 H 30 N 6 O 4 S, was discovered through a rational drug design programme by the pharmaceutical company Pfizer. (N. K. Terrett, A. S. Bell, D. Brown, P. Ellis Bioorganic & Medicinal Chem. Lett., 1996, 6, pp ).

3 INTRO Hvilken er korrekt? S-form, rigtig R-form, forkert

4 LIDT HISTORIE Wilhelm Conrad Röntgen ( ) Nobelprisen i fysik,1901

5 LIDT HISTORIE

6 LIDT HISTORIE Absorption Z 4 Revolution i den medicinske verden..

7 X-STRÅLING?? Bølgelængden af Røntgenstråling er af samme orden som atomers dimensioner!! Spredning fra faste stoffer??

8 KONSEKVENSER Max von Laue ( ) Nobelprisen i fysik, : Diffraktion fra et simpelt salt.

9 KRYSTALLER Definitionen på en krystal er givet ved følgende sætning: Et arrangement af molekyler eller atomer, der er periodisk i 3D Dette arrangement kan beskrives som værende i en enhedscelle= den mindste gentagne enhed i en krystal. Typisk dimension 10 Å (=10-9 m) Dermed i et korn på mm 3 er der enhedsceller!!!

10 KRYSTALLER Høj symmetri Enhedscellens udseende: 7 1. Triklin (a b c, α β γ 90) 2. Monoklin (a b c, α γ 90, β=90) 3. Orthorhombisk (a b c, α=β=γ=90) Tetragonal (a=b c, α=β=γ=90) 3 5. Rhombohedral (a=b=c, α=β=γ) 6. Hexagonal (a=b c, α=β=90, γ=120) Lav symmetri Kubisk (a=b=c, α=β=γ=90)

11 KRYSTALLER - SYMMETRI En krystal er altså bygget op af enhedsceller der kan have forskellige størrelser og udseende. Hvordan er sammenhængen mellem molekylerne/atomerne inde i enhedscellen? Hvilke symmetri-operationer kan være til stede? KRAV: Enhedscellen + alt indhold skal være uændret efter symmetrioperationen. Mulige symmetrioperationer: Rotationer Spejlinger Inversion Roto-inversioner Glideplaner

12 KRYSTALLER - SYMMETRI En krystal består altså af en enhedscelle med indhold der kan beskrives med symmetrioperationer: Lad os se på 2-fold rotation: Ligeledes findes der 1-, 3-, 4-, og 6-fold rotationer. 5 er ikke mulig man kan ikke dække et helt areal udelukkende med pentagoner.

13 KRYSTALLER - SYMMETRI Inversions-symmetri: Består af fortegnsskift på alle koordinater i et molekyle. Dermed skifter fx. et chiralt center fra R til S.

14 KRYSTALLER - SYMMETRI Rotoinversion er således kombinationen af de to begreber:

15 ROTO-INVERSION 6-fold rotoinversion

16 ROTO-INVERSION 1

17 ROTO-INVERSION 1

18 ROTO-INVERSION 1 2

19 ROTO-INVERSION 1 2

20 ROTO-INVERSION 3 1 2

21 ROTO-INVERSION 3 1 2

22 ROTO-INVERSION

23 ROTO-INVERSION

24 ROTO-INVERSION

25 ROTO-INVERSION

26 ROTO-INVERSION

27 ROTO-INVERSION Set ovenfra

28 SPREDNING FRA FASTE STOFFER... RØNTGEN-STRÅLER + KRYSTALLER = KRYSTALLOGRAFI

29 SPREDNING FRA ELEKTRISK FELT E E rad in = r 0 e R ikr cos ( θ ) 1. Fra en elektron: Stråling i alle retninger ( *) 2. Fra et atom: ( ) ( r r r r ) 3 = ρ exp 2πi d r 3. Fra et molekyle: ρ ( r) = ρa (r mol ) atoms f a F N Stråling i alle retninger ( * ) () ( * r = ρ r exp 2πir r ) = j= 1 N j= 1 f V j j ( * ) ( * r exp 2 irjπ r ) dr Stråling i alle retninger

30 SPREDNING FRA ELEKTRISK FELT På grund af repetitionen af motivet (molekylet!) i 3D inde i krystallen, opstår interferens mellem spredte bølger og der ses KUN resulterende stråling i MEGET få udvalgte retninger!! F( H) = f exp 2πiH r Fra en krystal: ( ) j j j j T H skal være en reciprok gittervektor! Nu er vi således tilbage ved von Laue. Det var lige præcis det, som han havde observeret men ikke forklaret til bunds.

31 THE BRAGG S Nobelprisen i fysik (delt!),1915 William L Bragg ( ) William H Bragg ( )

32 BRAGG S LOV 2d H sinθ = λ

33 EWALD SFÆRE P. P. Ewald( ) * d 2 1 sin * 1 λ d ( θ ) = 2 sin( θ ) = λ 2d sinθ = λ

34 EWALD SFÆRE P. P. Ewald( )

35 EKSPERIMENTET X-ray kilde Kold gas

36 FORTOLKNING AF DATA I ( H) F( H) 2 Observeres over flere frames Karakteristisk afstand: Giver dimensionen af enhedscellen

37 FRA INTENSITETER TIL ATOMARE PARAMETRE = f ( π ) j exp 2 ih rj F(H) exp( iϕ)? F( H) = j Direkte metoder: Løser faseproblem Faser atomare koordinater efterfulgt af mindste kvadraters forfining: Mindsker forskellen mellem model og observationer. 1 ρ = uc ( r) F(H) exp( 2πiH r) V c

38 RESULTAT Sildenafil, trade name VIAGRA TM, chemical name 5-[2-ethoxy-5-(4-methylpiperazin-1-ylsulfonyl)phenyl]-1- methyl-3- propyl-1,6-dihydro-7h-pyrazolo[4,3-d]pyrimidin-7-one, formula C 22 H 30 N 6 O 4 S, was discovered through a rational drug design programme by the pharmaceutical company Pfizer. (N. K. Terrett, A. S. Bell, D. Brown, P. Ellis Bioorganic & Medicinal Chem. Lett., 1996, 6, pp ).

39 UDVIDELSER 1 ρ = [ ( ) ( )] uc ( r) Fcal H Fobs H exp( 2πiH r) V c Kan parametriseres!

40 ELEKTRONTÆTHED

41 ELEKTRONTÆTHED

42 STRUKTUR LØSNING I PRAKSIS Co 3 Cl 6 C 40 H 40 N Input: målte intensiteter 2. Molekylformel 3. Enhedscelle 4. Rumgruppe