Od krystalů k molekulámOd krystalOd krystalů k molekulámů k molekulám Marek NečasMarek Nečas Ústav chemie, Přírodovědecká fakulta MUÚstav chemie, Přírodovědecká fakulta MU RTG strukturní analýzaRTGRTG strukturní analýzastrukturní analýza RTG zářeníRTG záření řřešení strukturyešení struktury upřesňování strukturyupřesňování struktury krystalykrystaly difrakdifrakččnníí obrazobraz mapamapa elektronovelektronovéé hustotyhustoty atomovatomovéé pozice, vazebnpozice, vazebnéé ddéélky,lky, úúhly...hly... RTG strukturní analýza poskytne...RTG strukturní analýza poskytne...RTG strukturní analýza poskytne... parametry základní buňkyparametry základní buňky == mmřížkovéřížkové parametryparametry aa, b, c, , , , b, c, , , souřadnice atomů v základní buňcesouřadnice atomů v základní buňce aa bb cc Co potřebuji k určení struktury?Co potřebuji k určeníCo potřebuji k určení struktury?struktury? krystalkrystal difraktometrdifraktometr software pro řešení a upřesnění struktury (SHELXTL)software pro řešení a upřesnění struktury (SHELXTL) Vznik krystalůVznik krystalůVznik krystalů odpařování roztokuodpařování roztoku ochlazování roztokuochlazování roztoku sráženísrážení difuzní technikydifuzní techniky roztokroztok srážedlosrážedlo Mikroskop, výběr krystaluMikroskop, vMikroskop, výběr krystaluýběr krystalu Krystaly v polarizovaném světleKrystaly v polarizovaném světleKrystaly v polarizovaném světle Automatický difraktometrAutomatický difraktometrAutomatický difraktometr Automatický difraktometrAutomatický difraktometrAutomatický difraktometr Krystalová struktura a základní buňka IKrystalová struktura a základní buňka IKrystalová struktura a základní buňka I Krystalová struktura a základní buňka IIKrystalová struktura a základní buňka IIKrystalová struktura a základní buňka II Bravaisovy buňky a krystalové soustavyBravaisovy buňky a krystalové soustavyBravaisovy buňky a krystalové soustavy `` Interference a difrakceInterference a difrakceInterference a difrakce interferenceinterference při setkání dvou nebo více vln zpři setkání dvou nebo více vln z různých zdrojů se vlny ,,skládají"různých zdrojů se vlny ,,skládají" difrakcedifrakce interference vln při interakci sinterference vln při interakci s mřížkou (např. krystalem)mřížkou (např. krystalem) konstruktivní int.konstruktivní int.konstruktivní int. destruktivní int.destruktivní int.destruktivní int. Difrakční obrazceDifrakční obrazceDifrakční obrazce Atomy...Atomy...Atomy... ...a elektromagnetické spektrum ......aa eelektromagnetickélektromagnetické spektrumspektrum Analogie s mikroskopemAnalogie s mikroskopemAnalogie s mikroskopem Krystalové roviny a Millerovy indexyKrystalové roviny a Millerovy indexyKrystalové roviny a Millerovy indexy aa bb 1111 Generování RTG zářeníGenerovGenerování RTG zářeníání RTG záření Braggův zákonBraggBraggův zákonův zákon nn .. = 2= 2 .. ddhklhkl .. sinsin ddhklhkl Od difrakčního obrazu k elektronovým mapám Od difrakOd difrakčního obrazu k elektronovýmčního obrazu k elektronovým mapámmapám FTFT Hrdinové...Hrdinové...Hrdinové... 19019011 W. C. RW. C. Rööntgenntgen 19119144 M. von LaueM. von Laue 19191515 W. H. Bragg a W. L. BraggW. H. Bragg a W. L. Bragg 19371937 CC.. JJ.. DavissonDavisson,, GG.. PP.. ThomsonThomson 19621962 F. Crick, J. Watson, M. WilkinsF. Crick, J. Watson, M. Wilkins 19641964 D. HodgkinD. Hodgkin 19851985 H. Hauptmann, J. KarleH. Hauptmann, J. Karle 19961996 R. Curl, H. KrotoR. Curl, H. Kroto RTG strukturní analýza dnesRTG strukturní analýza dnesRTG strukturní analýza dnes zvyšování rozlišení a rychlosti měřenízvyšování rozlišení a rychlosti měření zvyšování přesnosti měřenízvyšování přesnosti měření snižování teploty experimentůsnižování teploty experimentů zvyšování rychlosti výpočtůzvyšování rychlosti výpočtů struktura makromolekulstruktura makromolekul detailní struktura malých molekuldetailní struktura malých molekul Proteinová krystalografie ProteinováProteinová krystalografiekrystalografie NábojeNábojeNáboje CC11 OO22 OO11 HH11 ­­ 0,130,13 + 0,29+ 0,29 RTG difrakceRTG difrakce B3LYP/6B3LYP/6--311G**311G** ­­ 0,350,35 ­­ 0,360,36 + 0,31+ 0,31 + 0,31+ 0,31 ­­ 0,050,05 ­­ 0,360,36 Deformační mapa (COOH)2.2H2ODeformační mapa (COOH)Deformační mapa (COOH)22.2H.2H22OO e3=0.000 -3.0 -1.0 1.0 3.0e1 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 e2 Deformační mapa fenyluDeformační mapaDeformační mapa fenylufenylu e3=0.000 -2.0 0.0 2.0 e1 -2.0 0.0 2.0 4.0 e2 Výkonnější zdroje zářeníVýkonnější zdroje zářeníVýkonnější zdroje záření Výkonnější zdroje zářeníVýkonnější zdroje zářeníVýkonnější zdroje záření Výkonnější zdroje zářeníVýkonnější zdroje zářeníVýkonnější zdroje záření Archivace a třídění krystalografických datArchivace a třídění krystalografických datArchivace a třídění krystalografických dat Strukturní databázeStrukturní databáze CSDCSD ­­ CambridgeCambridge StructuralStructural DatabaseDatabase ICSDICSD ­­ InorganicInorganic CrystalCrystal StructureStructure DatabaseDatabase PDBPDB ­­ Protein Data BankProtein Data Bank NDBNDB ­­ NucleicNucleic AcidAcid DatabaseDatabase CSD (www.ccdc.cam.ac.uk)CSD (www.CSD (www.ccdcccdc..camcam..acac..ukuk)) 366.886366.886 sloučeninsloučenin (01/2006)(01/2006) přírůstek ccapřírůstek cca 30.00030.000 sloučeninsloučenin ročněročně 6.5 %6.5 %2233..737737Obsahující pObsahující p--kovykovy 5.5.33 %%1199..400400Obsahující sObsahující s--kovykovy 5522..33 %%191.805191.805ObsahujícíObsahující dd--kovykovy 43.43.22 %%158.507158.507Organické strukturyOrganické struktury 332.674332.674Odlišné sloučeninyOdlišné sloučeniny 2.12.20032.12.2003 23.43623.436 30.11.200430.11.2004 2828..508508 15.11.200515.11.2005 33.58533.585 1122.1.122.200.20066 4040..628628 strukturstruktur 3377..237237 proteinproteinyy 11..686686 nukleové kyselinynukleové kyseliny 1.6701.670 komplexy proteinů/nukleových kyselinkomplexy proteinů/nukleových kyselin 3535 ostatníostatní PDB (www.rcsb.org/pdb)PDB (www.PDB (www.rcsbrcsb..orgorg//pdbpdb)) Prášková difrakcePrášková difrakcePrášková difrakce Práškový difraktogramPráškový difraktogramPráškový difraktogram Fázová analýzaFázová analýzaFázová analýza srovnání s databází JCPDFsrovnání s databází JCPDF karty standardůkarty standardů