การสร้างภาพพันธะไฮโดรเจน: อิเล็กตรอนและ NMR ผลึกนาโน | หมายเหตุการใช้งาน

NM190004

โครงสร้างผลึกรวมถึงอะตอมไฮโดรเจนสามารถใช้ได้ตั้งแต่นาโนถึงไมโครคริสตัลขนาด 100 นาโนเมตรถึง 1 ไมโครเมตรโดยใช้วิธีอิเล็กตรอนและนาโนคริสตัลโลกราฟกราฟี โครงสร้างผลึกโดยรวมสามารถกำหนดได้โดยการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอน (ED) ซึ่งเป็นหนึ่งในโหมดการสังเกตของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) อย่างไรก็ตาม โครงสร้าง ED มีปัญหาหลายประการ รวมถึง 1) อะตอมไฮโดรเจนที่มองไม่เห็น และ 2) การกำหนดอะตอมของคาร์บอน ไนโตรเจน และออกซิเจนผิดพลาด แบบแรกนำปัญหาสำคัญมาสู่การทำความเข้าใจเครือข่ายพันธะไฮโดรเจน และส่วนหลังส่งผลให้เกิดรูปแบบโมเลกุลที่คลุมเครือ ในทางกลับกัน NMR ของสถานะของแข็งสามารถสังเกตได้โดยตรง 1) ไฮโดรเจน (¹H) และ 2) คาร์บอน (¹³C) และไนโตรเจน (¹⁴N, ¹⁵น) ที่นี่ เรารวม ED และ NMR แบบโซลิดสเตตผ่านการคำนวณควอนตัมหลักประการแรกกับวิธีการผลึกศาสตร์ NMR สำหรับโซลูชันโครงสร้างผลึก วิธีการนี้ ได้แก่ อิเล็กตรอนและผลึกนาโนนาโน NMR สามารถนำไปใช้กับคริสตัลระดับนาโนถึงไมโครคริสตัลได้แม้กระทั่งกับตัวอย่างผสม ขั้นแรก เราได้สาธิตวิธีแก้ปัญหาโครงสร้างของ L-histidine ซึ่งเป็นที่รู้จักอยู่แล้วว่าเป็นโครงสร้างที่พิสูจน์แนวคิด จากนั้น เราได้แก้ไขโครงสร้างผลึกของไซเมทิดีนรูปแบบ B ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่ทราบโครงสร้าง
ผลึกนาโนอิเล็กตรอนและ NMR สามารถนำไปใช้กับตัวอย่างทางเภสัชกรรมจำนวนมาก ซึ่งรวมถึงสูตรผสมทางเภสัชกรรม และระบบต่างๆ ซึ่งมีเฉพาะผลึกขนาดนาโนถึงไมโครเท่านั้น ซึ่งรวมถึง PCP/MOF

รูป: ภาพ TEM ของ cimetidine ในรูปแบบ B และโครงสร้างผลึกที่แก้ไขโดยอิเล็กตรอนและนาโนคริสตัลโลกราฟี NMR
รูปแบบ cimetidine B คือผลึกรูปเข็ม (ระบุด้วยวงกลมสีแดงที่รูปด้านซ้าย) และมักล้มเหลวในการสร้างผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่สำหรับการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แบบผลึกเดี่ยว นอกจากนี้ มักสังเกตเห็นการปนเปื้อนของรูปแบบ C ซึ่งขัดขวางการแก้ปัญหาเชิงโครงสร้างโดยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์แบบผง ที่นี่ เราแก้ไขโครงสร้างผลึกของไซเมทิดีนรูปแบบ B เป็นครั้งแรก

อ้างอิง

C. Guzmán-Afonso †, Y.-l. Hong†, H. Colaux, H. Iijima, A. Saitow, T. Fukumura, Y. Aoyama, S. Motoki, T. Oikawa, T. Yamazaki, K. Yonekura & Y. Nishiyama*, Nat. คอมมูนิตี้ 10 (2019) 3537 DOI: 10.1038/s41467-019-11469-2