晶体结构解析基本步骤

晶体结构解析基本步骤 Steps to Crystallographic Solution (基于SHELXL97结构解析程序的SHELXTL软件，尚需WINGX和DIAMOND程序配合) 注意：每一个晶体数据必须在数据所在的目录(E:\STRUCT)下建立一子目录(如E:\STRUCT\AAA)，并将最初的数据备份一份于AAA目录下的子目录ORIG，形成如右图所示的树形结构。 一. 准备 1. 对IP收录的数据, 检查是否有inf、dat和f2(设为sss.f2, 并更名为sss.hkl)文件; 对CCD收录的数据, 检查是否有同名的p4p和hkl(设为sss.hkl)文件 2. 对IP收录的数据, 用EDIT或记事本打开dat或inf文件, 并于记录本上记录下相关数据(下面所说的记录均指记录于记录本上)： ⊕ 从% crystal data项中，记下晶胞参数及偏差(cell)；晶体大小(crystal size)；颜色(crystal color)；形状(crystal habit)；测量温度(experiment temperature)； ⊕ 从 total reflections项中，记下总点数；从R merge项中，记下Rint＝?.???? % (IP收录者常将衍射数据转化为独立衍射点后传给我们); ⊕ 从unique reflections项中，记下独立点数 对CCD收录的数据, 用EDIT或记事本打开P4P文件, 并于记录下相关数据： ⊕ 从CELL和CELLSD项中，记下晶胞参数及标准偏差; ⊕ 从CCOLOR项中，记下晶体颜色; 总点数；从CSIZE项中，记下晶体大小; ⊕ 从BRAVAIS和SYMM项中，记下BRAVAIS点阵型式和LAUE群 3. 双击桌面的SHELXTL图标(打开程序), 呈 4. New, 先在“查找范围”选择数据所在的文件夹(如E:\STRUCT\AAA), 并选择衍射点数据文件(如sss.hkl),?单击Project Open,?最后在“project name”中给一个易于记忆和区分的任务名称(如050925-znbpy). 下次要处理同一结构时, 则只需Project 在任务项中选择050925-znbpy便可 5. 单击XPREP , 屏幕将显示DOS式的选择菜单: ⊕ 对IP收录的数据, 输入晶胞参数后回车(下记为) (

建议

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在一行内将6个参数输入, 核对后) ⊕ 在一系列运行中, 注意屏幕内容(晶胞取向、格子型式、消光规律等), 一般的操作动作是按。之后，输入分子式(如, Cu2SO4N2C4H12。此分子式仅为估计之用。注意：反应中所有元素都应尽可能出现，以避免后续处理的麻烦 ⊕ 退出XPREP运行之前，如果机器没有给出默认的文件名[sss]，此时, 晶胞已经转换, 一定要输入文件名，且不与初始的文件名同名。另外，不要输入扩展名。如可输入aaa 6. 在数据所在文件夹中，检查是否产生有PRP、PCF和INS文件(PRP文件内有机器对空间群确定的简要

说明

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) 7. 在第5步中若重新输入文件名, 则要重做第4步, 并在以后将原任务名称(如050925-znbpy)删除 8. 用EDIT 打开sss.ins文件，在第二~三行中，用实际的数据更改晶胞参数及其偏差(注意：当取向改变了，晶胞参数也应随之对应)，波长用实际波长，更正测量温度TEMP ?? C)。?(单位已设为 二．解结构 9. 单击XS (INS文件中, TREF为直接法，PATT为Pattersion法) 10. 单击XP (进入XP画图程序) 11．READ or REAP sss (sss.res 为缺省值，若其它文件应是文件名.扩展名，如sss.ins) 12．FMOL, (不要H原子时，为FMOL LESS $H，或FMOL后，KILL $H, ) (读取各参数，屏幕上显示各原子的键合情况) 13．MPLN/N, (机器认为最好取向) 14．PROJ, (随意转动，直至你认为最理想取向) 15．PICK， (认为合理的位置投相应原子，如C原子键入C8，注意序号不能重复；不合理的用剔除，暂时不确定用空格键放弃，完成或不再投原子时键入"/") 16．SORT …….. (排序) 如，SORT $Cu $N $C $H 或 SORT N1 N2 N3 或SORT/N $N 17．FILE sss, (保存文件) 18．EXIT， 或QUIT， (退出XP程序，也可不退出，用时用单击激活) XP常用的命令除上述的外，PERS、GROW、MATR、JOIN、ARAD、INFO、ENVI、POLY、SGEN、SYMM、PREV、TELP、CELL、ROTA、ATYP等命令应该非常熟悉。HELP可获得相应帮助或参阅陈小明编著的《单晶结构

分析

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》一书 19．打开sss.ins，检查是否保存了前面所作的工作 20．单击XL (此时的目的是用Fourier峰和差值Fourier峰找其它原子) 21．单击EDIT打开sss.LST文件(查看Fourier峰的大小，记住峰值大于5e/?3以上的峰如Q1~Q8；如果前一次处理中有误，可能提示一些信息于文件中，请注意处理，去误存真) 22．进行10~17步，投Qn(Fourier峰较大者) 23．重复20~21步骤，直到解出完整结构模型(过程中可打开LST文件查看进行情况) 三．结构精修 24．用EDIT打开aaa.ins，并完成： ⊕加入 SIZE (晶体的三维尺寸 ???? ???? ????，单位已设为mm)一行； ⊕在MERG 2前加REM；在OMIT 4前加REM 25．单击XL 26．EDIT打开res文件，并将END后的WGHT行移到FVAR行前一行，保存。EDIT，另存为同名的INS文件作为输入的指令文件(即res->ins) 此步骤，如果确认原子已投好了，可改为：EDIT， res->ins (RES另存为INS文件)，再EDIT打开INS文件，并将END后的WGHT行移到FVAR行前一行，保存 27．重复25、26步骤，完成同性修正。每一次修正后，均可打开LST文件查看运行情况。认为合理时，另存为同名的INS文件作为输入的指令文件。必要时，记下同性(此时)的R1和wR2因子(不要求完全收敛) 28．在数据所在文件夹中，复制sss.res或sss.ins之一，以备用 29．EDIT打开RES，并将END后的WGHT行移到FVAR行前一行，并在原子序号之前加入单独的ANIS n一行(ANIS为异性修正，n为原子个数，可根据情况设定)，保存。EDIT，另存为同名的INS文件作为输入的指令文件(即res->ins) (履盖了原INS文件) 30．单击XL 31．打开LST或RES文件，不合理时，修正INS文件ANIS n的n, 重复进行25、26步，直到合理后进行第32步。强烈建议将这时的RES或INS文件另存一备份(可履盖同性备份文件) 这里的合理指的是，所有的非氢原子均应尽可能异性修正，R因子一般少于0.07，正负残峰近相等且足够少。如果需要，可在INS文件可在UNIT后加入OMIT 0.00 53.00一行，或加入若干行OMIT hkl (hkl指从LST看出的不甚理想的衍射点) 有时，20~26步要不断重复进行才能解出合理结构 32．初步检查结构(坐标)合理性：激活桌面WINGX程序，选择文件：File->CHANGE PROJECT->Select new project后选择正在处理的数据；检查：Analyse->PLATON->Cif，运行程序将弹出一窗口“PLATON-CIF”，如果有“N：Number of moved primary input atoms”及数值个数，

表

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明坐标不对称单元的原子坐标不合理。此时合理的坐标存于platon.acc文件中。如果移动的原子个数不多，可打开INS和ACC文件，对照ACC文件更改INS的个别原子坐标。由于platon.acc文件中的坐标带有标准偏差，如0.4532(2)，而INS文件中的坐标是不含偏差的，拷贝后应去括号。如果移动的原子个数不少，此时这一方法太费时了，处理的方法如下：激活桌面DIAMON程序，打开*.acc文件(planton.acc将出现)，击 或按“Ctrl+Shift+A”或STRUCTURE->ADD ALL ATOMS，画面将出现独立单元原子，之后，File->SAVE AS，选择“保存类型”为SHELX，将默记为PLATON.DAT，退出DIAMOND程序；在数据所在文件夹中，用记事本打开PLATON.DAT文件，按INS文件格式仔细改造这一文件，即：原子编号后的原子代码应同原INS文件，占有率(每一行=前的数据)前加1(如1.0000改为11.0000, 0.2500改为10.2500)；拷贝这一坐标数据块取代原来INS的坐标数据块。这一步骤也可在第28步后进行 33．单击XL，查看更改后是否与第31步得同样结果。若不同，打开上一步的ACC文件与INS文件对比，并予更正，直到与第31步得相同结果，特别是占有率。此时，再作WINGX程序的Analyse-> PLATON->Cif，将无“N：Number of moved primary input atoms”项 34．原子编号合理化：进入XP程序，进行第11~14步，之后进行PICK改原子序号。注意相邻的同种原子应尽可能用连续数字号，并统一以顺时针或逆时针为序。按种类(先重后轻)、序号(由小及大)进行第15步SORT，再用INFO检查一下，之后FILE之。退出XP 35．单击XL，如果原子编号出现重复，程序将中止运行，改之！再运行XL 36．加H。进行XP，运行READ sss、FMOL、MPLN/N、PERS后，对C、N可理论加H，指令为HADD (HELP HADD看一下HADD命令应如何操作)；对其它原子(如O)，则需采用Fourier加H，即第11步为REAP sss ，第15步时投H原子。这里，多数情况需多次XL、XP来回操作逐步加H。记得每次退出XP之前，FILE sss保存文件 35．EDIT打开sss.ins，并完成： ⊕更改 BOND 0.5为BOND $H ⊕将各个H原子移到相应原子之后，在H原子前加AFIX n3一行，H原子之后加AFIX 0一行(有关n的规定，请查看SHELXL说明书)； ⊕如果非N、C原子仍不能找出H原子，可提高PLAN后的数值(残峰多一点) 36．重复25~26和35~36步，继续修正，以致H尽可能全部找出(如果实在找不出，应在记录本上说明具体情况。除LST提示外，WINGX程序可协助O上H的寻找：MAPS->CALC-OH) 37．重复25~26步，直到R1收敛，Shift/error最小(0.00?)，残余峰小（<1e/?3）。此时，结构精修工作完成。强烈建议将这时的RES或INS文件另存一备份(可履盖前面的备份文件) 四．氢键查找 氢键查找有多种方法，这里只是操作最简单的机器自动产生方法 38．EDIT，res->ins (RES另存为INS文件)，再EDIT打开INS文件，并将END后的WGHT行移到FVAR行前一行，并在UNIT行和WGHT行间加入HTAB一行，保存 39．单击XL 40．打开LST文件，记录下H键情况。并将H键情况拷贝到RES文件中的原子序号之前、BOND之后，并将它们编成HTAB O2 N2_$1形式($1为对称性代码，用EQIV在HTAB之前定义)，存编辑后的RES文件为INS文件(履盖了原INS文件) 41．单击XL 42．用EDIT打开LST文件，核查用HTAB a b产生的H键是否全了和准确(和机器HTAB产生的H键对比)（用HTAB a b产生的H键和用机器HTAB产生的H键的差别在于前者可直接写入CIF文件中并在以后的处理中自动产生H键表，而后者不能；同时，有时机器HTAB产生的H键不合理，如一个给体同时与三个或以上受体产生H键，这必须依据H键的键长和键角用人工HTAB a b方式挑出正确的） 43．上面是正常H键的处理情况。如果是非正常H键(如C上的H)，可用两个方法。一是WINGX程序-> Analyse-> PLATON-> Hbonds产生，后输入第40步的HTAB C? O?_$?形式；二是改INS文件的C？后的原子代码为N的代码(如C的代码为1，N的代码为3，在原子名称和序号不变下，可改C的代码为N的代码3)，后XL，再进行第40步并改回正确的原子类型代码1。强烈建议采用第一种方法。之后的处理同第41、42步 44．记录下H键情况，以备画图之用 五．检查晶体学数据 45. 用EDIT打开含H键命令的sss.res，并完成： ⊕END后的WGHT行移到FVAR行之前一行； ⊕LIST 行前加REM； ⊕在UNIT行之后加ACTA一行(以产生晶体学文件CIF和FCF) C, 为TEMP?⊕在ACTA行之后加TEMP(测量温度)(21 21)、SIZE各一行 ⊕可在CONF前加REM ⊕另存为同名的INS文件(履盖了原INS文件) 46．单击XL (运行之后将产生CIF和FCF两个文件) 47．用PLATON程序进行检查晶体学数据检查：WINGX程序-> Pulish-> Validate CIF-> Platon validate，将产生platon.CHK文件(此时一定要先退出XP程序)。针对platon.CHK文件提出的问题逐一排除、处理，最终不能有A级错误(机器不自动产生的数据项除外)，尽可能少的B级错误。排除过程事实上是把INS不合理的地方去掉，重新解(重复第46步)。 48．用EDIT打开CIF文件，输入晶系、空间群、颜色、形状、总衍射点数和Rint等参数(有很多信息可从第6步产生的PCF文件找到) 六．产生晶体学表 49．再次进行第47步，此时不能有A级错误，尽可能少的B级错误 50．产生晶体学表：WINGX程序-> Pulish-> CIF max等一些项目，一定要更新WINGX/files的Ciftab.def文件!)?/?Tables(注：实验室根据期刊的要求，晶体学数据表增加了包括可观察点、 选No 注意：实验室统一规定，晶体学数据文本文件统一存为sss.TXT；衍射点文件统一为sss.SFT 51．用EDIT打开aaa.res，在ACTA命令前加REM，以免后续处理时产生误操作，增加CIF文件48步的编辑工作。至此，结构解析工作基本完毕(结构解析还包括最小二乘平面的计算MPLA、画图等工作) 52．Sss.CIF文件改为SSCIF.CIF，以免后续误操作 七．清理文件 52．WINGX程序除PLATON.CHK文件保留外，其它P开头的文件均可删除 八．画结构图 1. 进行10~14步骤。 50?2. 画ORTEP图：JOIN 5 ＄H；LABL 1 550；TELP 0 3. 画堆积(PACKING)图：MATR n(n = 1,2或3)；PBOX；PACK(其中有许多操作，最后记得选sgen/mol后退出); LABL 1 330; TELP CELL 4. 画特殊图 ********************************* 实验室对原子的颜色和线条(ATYP)统一规定为： ATYP n $atom: n=1 for C; 2 for O; 3 for N; 4 for V, Mo or W; n=5 for Cu, Ni, etc. 8 for Cl or X; 3 for tetrahedron 7 for octahedron. 注意：画图的指令很多，可通过HELP获得帮助。每一图都应输入一文件名，文件名应一目了然。如：BALL为球棒图；ELL50(.PLT)为ORTEP图；PKA为沿a轴的投影图；PKB为沿b轴的投影图；PKC为沿c轴的投影图；HA为沿a轴的H氢键图；1D为一维链图等。如果是随意的，应在记录本上记下对应文件名的意义。 说明：在写论文时，作为初稿，可用XP的VIEW/W 命令在屏幕上显示图后，用拷屏方法先嵌于文中。作为正式稿，则采用其它方式插入图。常用方法有四：一是将图打印出来，指令为XP下的DRAW ELL50 (ELL50为PLT文件)，后扫描成TIFF文件；二是XP下的DRAW ELL50.PLT文件转为HPL文件，后在WINGX下转化为PS文件，再用PHOTOSHOP转化为JEG或TIFF文件；三是XP下的DRAW ELL50.PLT文件转为eps文件(选A)，后用PHOTOSHOP打开，并转化为JEG或TIFF文件；四是直接在DIAMOND下直接作图，并将图拷贝到PHOTOSHOP转化为图形文件。四种方法各有优缺点，我们提倡第三种方法。第四种方法的最大优点是图像艳丽(也可设置成黑白图)，适于画多面体图和制作幻灯片，但其指令较多，且文件非常庞大，在计算机存储空间足够大时是很好的一种方法。(一般稿件要求提供TIFF图或EP图，晶体学期刊要求提供HPL图) aaa.ins文件的格式(常用) TITL title up to 76 characters?? wavelength in ? and unit cell in ???CELL & degree Z(number of molecule = unite-content/molecule-formula), cell??ZERR esd's lattice type??LATT symmetry operators??SYMM to define??SFAC scattering factor numbers unit cell contents in the same??UNIT order crystal dimensions, e.g. SIZE 0.61 0.039??SIZE 0.023 temperature, e.g. temp 22??TEMP n cycles full-matrix??L.S. n least-squares CIF-output, bonds, Fourier peak search??ACTA to??OMIT h k l suppress bad reflections including H(/ or non-H) in bong??BOND $H(/0.5) lengths/angles tables all torsion angles except involving H??CONF EQIV $1 symmetry operation??-x+1, -y+1, -z H-bonds will be listed in the LST??HTAB file (a is the acceptor, d is the donor. This command can code??HTAB a d H-bonds into the CIF file.) (7 for rotating model, 3 for??HFIX m7 or m3 riding model, and m see 'help HADD') to join atoms a and b??BIND a b RTAB to list the distance of H and D (e. g., RTAB H..D H1 O2_$1)??H..D RTAB to list the angle of H bonding (e. g., RTAB AHD N1 H1 O2_$1)??AHD MPLA n to list the derivation of plan(??atom1 atom2 …<0.03? basic plane, <0.07 near plane, >0.07? out of plane) Fo-Fc Fourier (when n??FMAP n<0, hole peaks will also be found) no. of peak list??PLAN n to refine an??EXTI isotropic extinction parameter to calculate the solvent effect??SWAT ANIS to convert n atoms from isotropically to anisotropically??n weighting??WGHT shceme over scale and free for U(H). When partial occupancy, it will be??FVAR more than 2 values. Atom name , SFAC number x y z, U(iso) or Uij. The progam automatically generates special position constraints. (see??AFIX mn HFIX) AFIX 0 to read h,k,l Fo^2,sigma(Fo^2) from .hkl data??HKLF 4 file END 详细的说明可参阅SHELXL97说明书或陈小明编著的《单晶结构分析》 Diamond 1. FILE: Open a INS or CIF file for a structure. 2. Open EDIT=>ATOMIC PARMETERS to delete some kind of atoms, which will be not appeared in the figure(s). 3. Open EDIT=>BOND TYPES to define the bond lengths, if necessary. 4. Open EDIT=>ATOM TYPES to define the atom colors, if necessary. 5. Create single atoms from parameter list. or “Ctrl+Shift+A” or from STRUCTURE=>ADD ALL ATOMS 6. Fill coordination spheres around the selected atoms and show the bonds or “Ctrl+Shift+S” or from STRUCTURE=>COORDINATION SPHERES Some new atoms will be generated. 7. Complete the fragments to molecules. or “Ctrl+Shift+F”. The dimensions will be exhibited. Please Add the Following Items in CIF _chemical_formula_moiety 'Mo3 O10, C3 H12 N2' (also obtained from PLATON VALIDATE in WinGX) _symmetry_cell_setting 'Orthorhombic' _symmetry_space_group_name_H-M 'Pna2(1)' (also obtained from P4P or PCF file) _cell_measurement_reflns_used 7304 _cell_measurement_theta_min 2.36 _cell_measurement_theta_max 28.44 (also obtained from P4P or PCF file) _exptl_crystal_description needle _exptl_crystal_colour colourless (add by yourself) _exptl_crystal_size_max 0.12 _exptl_crystal_size_mid 0.10 _exptl_crystal_size_min 0.08 (add as SIZE in INS file is appreciated, also obtained from P4P or PCF file) _exptl_absorpt_correction_type multi-scan _exptl_absorpt_process_details sadabs (add by yourself, also obtained from P4P or PCF file or other file) _exptl_absorpt_correction_T_min 0.6918 _exptl_absorpt_correction_T_max 0.7774 (autogenerated when SIZE in INS file, otherwise, add from IUCR validate) _exptl_special_details ‘crystal coated in epoxy glue’ (add by yourself) _diffrn_measurement_device_type 'CCD area detector' _diffrn_measurement_method 'phi and omega scans' (also obtained from P4P or PCF file) _diffrn_reflns_av_R_equivalents 0.0227 (autogenerated, or add by yourself when corrections made) _computing_data_collection 'Bruker SMART' _computing_cell_refinement 'Bruker SMART' _computing_data_reduction 'Bruker SAINT' (also obtained from P4P or PCF file) _computing_structure_solution 'SHELXS-97 (Sheldrick, 1990)' _computing_structure_refinement 'SHELXL-97 (Sheldrick, 1997)' (autogenerated) _computing_molecular_graphics 'Bruker SHELXTL' _computing_publication_material 'Bruker SHELXTL' (also obtained from P4P or PCF file)