晶体结构的表达(精品).ppt
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1、第六章第六章晶体结构的表达晶体结构的表达第六章第六章 晶体结构的表达晶体结构的表达一、晶胞参数和分子式一、晶胞参数和分子式 晶胞参数是晶体的最基本的信息,这是首先得晶胞参数是晶体的最基本的信息,这是首先得到的结构信息到的结构信息 晶胞中分子或化合物计量式的数量晶胞中分子或化合物计量式的数量Z、相对分相对分子质量、晶体密度也是晶体的最基本信息之一子质量、晶体密度也是晶体的最基本信息之一存在下面的关系式:存在下面的关系式:dc=(MrZZ)/(VNVNA A)式中:式中:dc 为晶体密度为晶体密度Mr 为相对分子质量为相对分子质量V V 为晶胞体积为晶胞体积N NA A 为阿伏伽德罗常数为阿伏伽德
2、罗常数单晶结构分析为化学工作者提供了大量有意义的信息单晶结构分析为化学工作者提供了大量有意义的信息二、分子几何二、分子几何 有了原子坐标就可计算出键长和键角,这些都是有了原子坐标就可计算出键长和键角,这些都是程序自动完成的。公式如下:程序自动完成的。公式如下:1.1.键长与键角键长与键角 结构分析中获得的最主要参数是晶胞中原子的坐结构分析中获得的最主要参数是晶胞中原子的坐标。晶体学中的原子坐标通常用分数坐标标。晶体学中的原子坐标通常用分数坐标(fractional coordinates)来表示。即来表示。即x、y、z 分别以分别以a、b、c为单位为单位 式中:式中:以上的公式是对称性最低的三
3、斜晶系的,对称性以上的公式是对称性最低的三斜晶系的,对称性更高的晶系,可进一步简化更高的晶系,可进一步简化 晶体结构中最重要的偏差是键长的估计标准偏晶体结构中最重要的偏差是键长的估计标准偏差(差(estimated standard deviations),简称简称标准偏差标准偏差 标准偏差的计算更为复杂,好在这些计算程序标准偏差的计算更为复杂,好在这些计算程序都能自动完成。对于非键原子间的距离和有关夹角都能自动完成。对于非键原子间的距离和有关夹角的计算也可通过在的计算也可通过在ins文件中添加文件中添加“BIND A1 A2”指指令,令程序完成令,令程序完成 这样的判断常常产生一些问题,这就
4、需要人工这样的判断常常产生一些问题,这就需要人工判断,把不该成的键断开(判断,把不该成的键断开(FREE AFREE A1 1 A A2 2),),把该成把该成的键连起来(的键连起来(BIND A3 A4),),计算分子或原子间的计算分子或原子间的弱作用也是用此法弱作用也是用此法2.2.键长与原子半径键长与原子半径 键合键合(bonding)或是分子间作用或是分子间作用(intermolecular interactions),均与原子间的距离均与原子间的距离有关有关 原子间是否键合,是程序根据原子半径和设定的原子间是否键合,是程序根据原子半径和设定的宽容度(宽容度(50pm)自动判断的自动判
5、断的 如果作用发生在独立单元中原子和非独立单元如果作用发生在独立单元中原子和非独立单元中原子之间,则要首先查出对称操作码,然后用如中原子之间,则要首先查出对称操作码,然后用如下指令进行下指令进行计算:计算:EQIV$1 对称制作码对称制作码BIND B1 B2-$1一些常见有机基团中的键一些常见有机基团中的键 长长键键 型型类类 型型键键 长长键键 型型键键 长长 C-C1.53C-Br1.871.96CC(=C)1.51C-Cl1.721.85CC(C)1.47C-F1.321.43C=C1.32C-I2.13共轭共轭/芳环芳环1.38C-P1.80CC1.181.20C-S1.82C-N1
6、.471.50(C-)NO21.211.22C=N共轭共轭1.341.38P-O1.561.68CO(H)1.411.44S-O1.58COCO(-C)1.421.46Cl-O1.40(C=)C-O1.301.39C-B1.59C=O1.191.23B-O1.48羧酸根羧酸根1.211.23P-F1.583.3.最佳平面、扭转角与二面角最佳平面、扭转角与二面角 在晶体结构中,分子或分子中的某些原子是否在晶体结构中,分子或分子中的某些原子是否共面(共面(coplanar),是比较重要的结构信息是比较重要的结构信息 研究研究n个原子之间的共面性,是用最小二乘的方个原子之间的共面性,是用最小二乘的方
7、法,计算出所有法,计算出所有n个原子偏离值(个原子偏离值(deviation)(deviation)(i i)和最小和最小的一个平面,称为的一个平面,称为最佳平面最佳平面(best plane)best plane),也叫也叫最小最小二乘平面(二乘平面(least-squares plane)least-squares plane)。原子离开该平面的原子离开该平面的平均标准偏差平均标准偏差(mean standard deviation)mean standard deviation)为:为:它的值越它的值越小,共平小,共平面面 性越好性越好 二面角也称面间角二面角也称面间角(interpla
8、narinterplanar angle angle,它表示它表示两个平面两个平面法线法线之间的夹角(图中之间的夹角(图中,都为正值)都为正值)在描述分子构象(在描述分子构象(conformation)conformation)时,常用到两种时,常用到两种角度参数:二面角(角度参数:二面角(dihedral angle)dihedral angle)和扭转角和扭转角(torsion angle)torsion angle)扭转角是指依次排列的扭转角是指依次排列的1 1、2 2、3 3、4 4四个原子,顺四个原子,顺着着2-32-3键投影(键投影(NewmanNewman),),原子原子1 1顺
9、时针转动得与原子顺时针转动得与原子4 4重合时,所转动的角度(图中重合时,所转动的角度(图中,逆时针为负值逆时针为负值)可见,可见,=180-ll扭转角的计算方法:扭转角的计算方法:在在ins文件中加文件中加CONF 指令,精修后可计算出所有的指令,精修后可计算出所有的扭转角扭转角在在ins文件中加文件中加CONF A1 A2 A3 A3 指令,精修后可指令,精修后可计算出依次排列四个原子中间键上的扭转角计算出依次排列四个原子中间键上的扭转角计算的结果可写入计算的结果可写入LST、CIF、TEX等文件等文件平面和二面角的计算方法:平面和二面角的计算方法:在在ins文件中加文件中加MPLA n
10、A1 An+m 指令,精修后指令,精修后可计算出前可计算出前n个原子的个原子的平面平面、所有(、所有(n+m个)输入原个)输入原子偏离该平面的子偏离该平面的距离距离及与前一平面的及与前一平面的二面角二面角计算的结果可写入计算的结果可写入LST文件文件三、分子间的作用三、分子间的作用 包括氢键(包括氢键(hydrogen bond)、)、-堆积作用堆积作用(stacking interaction)与范德华作用与范德华作用1.氢键氢键氢原子与一个电负性较大的原子较近时,就能形成氢原子与一个电负性较大的原子较近时,就能形成 有几种类型:由有几种类型:由N、O作为给体和受体的氢键作为给体和受体的氢键
11、键长(键长(R R )为为300pm或更短些,远了作用弱;或更短些,远了作用弱;CH键有时也能与键有时也能与N、O、F等形成氢键,键长较长,为等形成氢键,键长较长,为320400pm;有时还能形成三中心键有时还能形成三中心键 A=N O F 晶体学中,考察氢键最重要的数据应该是晶体学中,考察氢键最重要的数据应该是D和和A间间的距离,这是由于用单晶的距离,这是由于用单晶X-射线衍射法研究氢键射线衍射法研究氢键 时具时具有如下问题:有如下问题:由于由于H的电子云密度很低,故不能精确确定其位置的电子云密度很低,故不能精确确定其位置 由于由于DH键的电子密度明显偏向于键的电子密度明显偏向于D,所以所以
12、X射射线法确定的线法确定的DH的键长与真实值有一定偏差,较短的键长与真实值有一定偏差,较短 还有,大多情况下,还有,大多情况下,H被强制性地限定在特定位被强制性地限定在特定位置上,故其位置在很大程度上是主观的置上,故其位置在很大程度上是主观的氢键的计算方法:氢键的计算方法:先在先在ins文件中加文件中加HTAB 2 指令,精修一次指令,精修一次再从再从lst文件中查出计算出的氢键及受体原子的文件中查出计算出的氢键及受体原子的对称操作码对称操作码2.-堆积作用堆积作用 主要是芳环间的,主要是芳环间的,强度在强度在150kJmolmol-1-1的范围内,的范围内,且多数在且多数在1010 kJmo
13、lmol-1-1左右或以下。左右或以下。分分错位面对面(错位面对面(offset face-offset face-tofacetoface)和和边对面边对面edge-edge-tofacetoface)堆积两种,距离均在堆积两种,距离均在330330370370pmpm的范围的范围 对于对于C-H键形成的键形成的H键需用键需用ENVI.查找查找EQIV$1 对称制作码对称制作码HTAB B1 B2-$1HTAB A1 A2 计算的结果写入计算的结果写入lst文件中,如果计算了扭转角文件中,如果计算了扭转角(CONF指令),则同时写入指令),则同时写入cif和和tex文件文件然后,再在然后,再
14、在ins文件中用加如下指令,并精修文件中用加如下指令,并精修错位面对面错位面对面边对面边对面正位面对面正位面对面 对于面对面的,对于面对面的,计算两苯环中心的连计算两苯环中心的连线与环所在的平面的线与环所在的平面的夹角夹角值有助于说明值有助于说明-作用的强度作用的强度*-堆积作用的计算要在堆积作用的计算要在XP程序中完成程序中完成四、结构图四、结构图 除了晶体结构数据外,单晶结构分析还提供了除了晶体结构数据外,单晶结构分析还提供了另一强有力的表达方式,即各式各样的结构图另一强有力的表达方式,即各式各样的结构图 常用的有:分子结构图(椭球图)、晶胞图、常用的有:分子结构图(椭球图)、晶胞图、堆积
15、图及表明特性作用或结构的图堆积图及表明特性作用或结构的图 Shelxtl中的中的XP程序具有强大的图形功能,可程序具有强大的图形功能,可以通过多个指令的灵活配合,画出各种不同的图以通过多个指令的灵活配合,画出各种不同的图XP的常用指令的常用指令(字母大小写通用字母大小写通用)指指 令令含含 义义ARAD 0.30 1.52 A1指定原子半径指定原子半径CELL显示晶胞参数显示晶胞参数CENT/x Atomnames计算并显示指定原子的中心计算并显示指定原子的中心DRAW filename打印结构图或转换图形文件打印结构图或转换图形文件ENVI n A1显示指定原子的环境显示指定原子的环境EXA
16、M显示该通道中所有的文件显示该通道中所有的文件EXIT 退出退出XPFILE filenames存储存储XP中产生的文件中产生的文件FMOL/n读入数据读入数据FUSE删除所有对称操作产生的原子删除所有对称操作产生的原子GROW长出完整的分子长出完整的分子填充球半径填充球半径成键半径成键半径原子名原子名(或或$A)指定显示的范围指定显示的范围加加/x同时给中心点同时给中心点X1A指指 令令含含 义义INFO (A1)显示一个或所有原子的结构信息显示一个或所有原子的结构信息ISOT Atomnames将指定原子转换成各向同性将指定原子转换成各向同性JOIN n Atom pairs 改变原子间的
17、键连方式改变原子间的键连方式KILL Atomnames删除指定的原子(或删除指定的原子(或Q)LABL code size定义如何标注原子和标签的大小定义如何标注原子和标签的大小LINE Atom pair计算两原子间的连线计算两原子间的连线LINK n Atom pair改变原子间的键连方式改变原子间的键连方式MATR n指定所显示图形的取向指定所显示图形的取向MPLN Atomnames 计算指定原子的平面和二面角计算指定原子的平面和二面角NAME X1 A1重新命名原子重新命名原子NEXT读出读出SAVE指令保存的文件指令保存的文件PACK产生晶体堆积图产生晶体堆积图指定键的类型,指定
18、键的类型,n=1:立体实线;立体实线;2:空地实线;:空地实线;3:立体虚线;:立体虚线;4:空地虚线;:空地虚线;5:实线;:实线;6:虚线;虚线;缺省值为缺省值为1指定标签的类型,指定标签的类型,0:不标:不标;1:没没括号不标括号不标H;2:带括号不标带括号不标H;3:没括号标没括号标H;4:带括号标带括号标H指定标签的大小,缺省值指定标签的大小,缺省值600,常用值,常用值300-500将前者改为后者,也可用将前者改为后者,也可用通用符,如通用符,如?A?表示观看或投影图形的取向,表示观看或投影图形的取向,1:沿沿a 轴;轴;2:沿:沿b 轴轴;3:沿沿c 轴轴如果计算了多个平面,则还
19、给出了如果计算了多个平面,则还给出了此平面与前几个平面的二面角;如此平面与前几个平面的二面角;如果改用果改用MPLN/n,则可计算出重叠则可计算出重叠较少,较清楚的图形取向较少,较清楚的图形取向指指 令令含含 义义PBOX w d xc yc zc定义格子宽度、深度和中心坐标定义格子宽度、深度和中心坐标 PROJ cell显示旋转目标图形显示旋转目标图形PUSH dx dy dz sign移动原子坐标移动原子坐标SAVE filename保存文件保存文件SGEN s Atomnames根据对称操作码产生新原子根据对称操作码产生新原子SYMM显示该结构的所有对称操作码显示该结构的所有对称操作码T
20、ELP s p b d keywords 画、保存图形文件(画、保存图形文件(plt文件文件)UNDO Atom pair删除指定原子间的键连删除指定原子间的键连UNIQ Atomnames独立出指定原子所在的单元独立出指定原子所在的单元VIEW filename显示显示TELP指令保存的文件指令保存的文件通常为缺省值通常为缺省值0.5、0.5、0.5宽度,通常上下宽度,通常上下为左右的为左右的0.75以以cm为单位的点为单位的点距,缺省值为距,缺省值为50观察晶胞或堆积图加之观察晶胞或堆积图加之坐标变量坐标变量标识码,必标识码,必须为须为+1或或-1 也类似于也类似于MOVE,在在XP中代替
21、中代替INVI对称操作码,由对称操作码,由ENVI指令得到指令得到用度表示的立体视角,用度表示的立体视角,常用常用0:为一维图:为一维图画热椭球的画热椭球的probability,负值为热椭球负值为热椭球键线的宽度,缺省值为键线的宽度,缺省值为0.05深度深度特定关键词特定关键词cell,可在图上可在图上加上单元晶胞,画晶胞和加上单元晶胞,画晶胞和堆积图时前几项可省略堆积图时前几项可省略注:注:Atomnames等可用通用符等可用通用符“?”来表示一个字符;或用来表示一个字符;或用Cm to Cn来表示连续排列的来表示连续排列的Cm到到Cn;或用或用$C、$Q、$H等表示同一类原子等表示同一类
22、原子XP的使用:的使用:XP程序的进入:程序的进入:点点XP菜单菜单FMOL/n ent加加/n省略原子表省略原子表画分子图:画分子图:KILL$Q$H A1 A?B A21 to A28 ent GROW entJOIN A1 A3 entLINK A2 A3 entUNDO A1 A2 entUNIQ A1 entINFO A1 entARAD 0.25 2.07 A1entUNIQ entENVI A1 2entSGEN 1564 atomname entDRAW MO ent MPLN/n ent PROJ ent LABL 1 400 ent TELP 0 -30 0.04 ent
23、调为原子重叠最少、最清楚的取向调为原子重叠最少、最清楚的取向按程序要求输入图形按程序要求输入图形文件名(如:文件名(如:MO),),标记要标记的原子标记要标记的原子SAVE MO ent 连续三个连续三个ent,便便打印图形,也打印图形,也可转换成其它的文件,例如可转换成其它的文件,例如:a-ent-文件名文件名-ent entPS文件文件画晶胞或堆积图或其它图形画晶胞或堆积图或其它图形:NEXT MO ent FUSE ent KILL$H(Ai)ent UNIQ A1 ent ENVI A1 ent SGEN 3465 A1 A2.ent CELL ent MATR 1 ent PBOX
24、15 9 ent PACK ent TELP CELL ent DRAW CE ent 显示晶胞参数,如显示晶胞参数,如:11.23 15.76 17.38 90.0 95.2 90.0堆积图,可不参阅晶胞参数,堆积图,可不参阅晶胞参数,一般采用数值为一般采用数值为20至至30按程序要求输入图形文件名按程序要求输入图形文件名(如:(如:CE、PA),),一般只标一般只标记要标记晶胞原点和轴记要标记晶胞原点和轴计算直线和直线间的夹角:计算直线和直线间的夹角:LINE C1 C2 ent LINE C5 O8 ent LINE C1 C12 ent 显示直线的单位矢显示直线的单位矢量和线间夹角量和
25、线间夹角 画晶胞图时常需删去一些分子,空画晶胞图时常需删去一些分子,空格键为保留,输入键为删除格键为保留,输入键为删除PROJ CELL ent JOIN(LINK UNDO)A1 A2 ent 计算平面和二面角:计算平面和二面角:MPLN C1 C2 O4 N3 N4ent MPLN C5 TO O8 ent MPLN C1 TO C12 ent 显示平面方程、显示平面方程、原子到平面的距原子到平面的距离、二面角、直离、二面角、直线和平面间的夹线和平面间的夹角等角等 信息信息 计算计算-堆积作用:堆积作用:CENT/X C1 TO C6 ent ENVI X1A 2 ent SGEN 256
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 晶体结构 表达 精品
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