3
ISSN1672-4305 CN12-1352 / N LABORATORY SCIENCE 21 2018 12 Vol 21 No 6 Dec 2018 Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程 邓冬艳 四川大学 1. 基础化学实验教学中心2. 化学学院四川 成都 610064Olex2 程序是晶体解析的免费软件可在 www. olex2. org 网站注册下载其具有衍射 数据处理结构解析和精修画图以及准备发表文章用的各种表格等所有晶体结构分析所常 用及必需的功能主要介绍 Olex2 程序的主要功能以及利用 Olex2 程序举例说明晶体结构的 解析和精修过程使学生了解 射线单晶结构分析的基本过程为以后的科研打下坚实的 基础关键词X-射线单晶衍射仪; Olex2 程序晶体解析及精修 中图分类号G482 文献标识码doi10.3969 / j.issn.1672-4305.2018.06.003 Typical process of single-crystal structural analysis and refinement for Olex2 program QI Yue , YANG Jie , DENG Dong-yan (1. Experiment Teaching Center of Basic Chemistry; 2. College of Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, China) Abstract : Olex2 program is a free software for single-crystal structural analysis and refinement. It can be downloaded on the website of www.olex2.org after registration. It contains the common and necessary functions for crystal structure analysis, including diffraction data processing, crystal structural analysis and refinement, drawing, and all of various forms which ready to publish. This paper mainly introduces the main functions of Olex2, and the process of the crystal structure analysis and refinement using Olex2. It can make the students well understand the basic process of X-ray single crystal structure a⁃ nalysis, to lay a solid foundation for future research. Key words: X-ray single crystal diffractometer; Olex2 program; single-crystal structural analysis and refinement 基金项目国家自然科学基金项目编号:51502181) 。 化学是一门能够创造新物质的科学其他学科如生物科学材料科学和药学等学科的发展和需求又进一步推动了化学的发展每年都有新物质被人 工合成出来而有些新物质是难以通过核磁质谱等 常规手段能够比较清楚全面地了解其空间结构的而晶体结构分析可以比较精确地确定原子的空间位 分子的三维空间排列堆积方式从而为化学生物 科学材料科学和药学等学科提供广泛而重要的信 到目前为止已有多位科学家借助晶体结构分析 方法开展研究并获得了诺贝尔化学奖 [1-2] 20 世纪 80 年代以前晶体结构分析基本上是 晶体学家的专业工作但在最近的十几年来随着单 晶衍射仪器价格的降低和功能的提高晶体结构分析 技术手段的不断提高单晶结构分析已经成为十分常 见且使用方便的研究方法在大多数情况下不需要 专业晶体学家的帮助就可以解决大多数问题在许多 学科特别是与晶体有密切关系的学科晶体结构分析 成为了不可缺少的研究手段因此单晶结构分析已 经成为了上述研究领域中工作的一部分越来越多的 非晶体学者尤其是化学工作者希望能够掌握 线结构分析方法的基本知识和使用技巧 [3-4] 结构分析的基本过程 射线晶体结构分析的过程从单晶培养开始

Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程 - Nankai UniversityCtrl-Z 撤销操作 2.3 用Olex2解析晶体典型步骤 2.3.1 步骤1 单晶测试好后,不管是哪个厂家仪器测试的数

  • Upload
    others

  • View
    8

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程 - Nankai UniversityCtrl-Z 撤销操作 2.3 用Olex2解析晶体典型步骤 2.3.1 步骤1 单晶测试好后,不管是哪个厂家仪器测试的数

 ISSN1672-4305CN12-1352 N

实    验    室    科    学

LABORATORY  SCIENCE第 21 卷  第 6 期  2018 年 12 月

Vol1049008 21  No1049008 6   Dec1049008 2018

Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程

齐  悦1 杨  洁2 邓冬艳1

(四川大学  1 基础化学实验教学中心 2 化学学院 四川 成都  610064)

摘  要 Olex2 程序是晶体解析的免费软件 可在 wwwolex2org 网站注册下载 其具有衍射

数据处理 结构解析和精修 画图以及准备发表文章用的各种表格等所有晶体结构分析所常

用及必需的功能 主要介绍 Olex2 程序的主要功能 以及利用 Olex2 程序举例说明晶体结构的

解析和精修过程 使学生了解 X 射线单晶结构分析的基本过程 为以后的科研打下坚实的

基础关键词 X-射线单晶衍射仪 Olex2 程序 晶体解析及精修

中图分类号G482    文献标识码A    doi103969 jissn1672-4305201806003

Typical process of single-crystal structuralanalysis and refinement for Olex2 program

QI Yue1 YANG Jie2 DENG Dong-yan1

(1 Experiment Teaching Center of Basic Chemistry 2 College of Chemistry Sichuan UniversityChengdu 610064 China)

Abstract Olex2 program is a free software for single-crystal structural analysis and refinement It canbe downloaded on the website of wwwolex2org after registration It contains the common and necessaryfunctions for crystal structure analysis including diffraction data processing crystal structural analysisand refinement drawing and all of various forms which ready to publish This paper mainly introducesthe main functions of Olex2 and the process of the crystal structure analysis and refinement usingOlex2 It can make the students well understand the basic process of X-ray single crystal structure analysis to lay a solid foundation for future researchKey words X-ray single crystal diffractometer Olex2 program single-crystal structural analysis andrefinement

                                                                      

 

基金项目国家自然科学基金(项目编号51502181)

    化学是一门能够创造新物质的科学 其他学科如生物科学材料科学和药学等学科的发展和需求又进一步推动了化学的发展 每年都有新物质被人

工合成出来而有些新物质是难以通过核磁质谱等

常规手段能够比较清楚全面地了解其空间结构的而晶体结构分析可以比较精确地确定原子的空间位

置分子的三维空间排列堆积方式从而为化学生物

科学材料科学和药学等学科提供广泛而重要的信

息 到目前为止已有多位科学家借助晶体结构分析

方法开展研究并获得了诺贝尔化学奖[1-2]在 20 世纪 80 年代以前晶体结构分析基本上是

晶体学家的专业工作 但在最近的十几年来随着单

晶衍射仪器价格的降低和功能的提高晶体结构分析

技术手段的不断提高单晶结构分析已经成为十分常

见且使用方便的研究方法 在大多数情况下不需要

专业晶体学家的帮助就可以解决大多数问题在许多

学科特别是与晶体有密切关系的学科晶体结构分析

成为了不可缺少的研究手段 因此单晶结构分析已

经成为了上述研究领域中工作的一部分越来越多的

非晶体学者尤其是化学工作者希望能够掌握 X 射

线结构分析方法的基本知识和使用技巧[3-4]

1  结构分析的基本过程

X 射线晶体结构分析的过程从单晶培养开始

齐悦等Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程

到晶体的挑选与安置从而利用衍射仪测量数据再进行晶体结构解析与结构精修最后得到各种晶体

结构的几何数据与结构图形等结果 由于仪器设备

和计算机不断更新目前测试一个小分子化合物晶

体其晶体结构分析全过程可以在数小时内完成图1 概括了晶体结构分析的过程[5-6]

1

F

5

2

7

0

75

G

gtE

65

13

2

55

4gt

F

3

gt

图 1  晶体结构分析的步骤

2  Olex2 程序解析晶体及精修的典型过程

21  Olex2 的安装

可以在 wwwolex2org 网站免费下载安装程序22  Olex2 快捷键操作说明

Olex2 快捷键操作说明见表 1

表 1  Olex2 快捷键操作说明

快捷键 操作说明

F2 切换背景颜色

F3 隐藏 显示原子标签

F4 显示梯度变化的背景颜色

F5 激活 work 标签

F6 激活 view 标签

F7 激活 tools 标签

F8 激活 info 标签

ESC 取消选择或退出当前 MODE 操作

Ctrl-A 选择所有

Ctrl-G 进入 grow 模式

Ctrl-H 隐藏 显示 H 原子

Ctrl-Q切换ldquo不显示 Q 峰 显示独立的 Q 峰 显示

连接的 Q 峰rdquo显示模式

Ctrl-R 精修

Ctrl-T 切换ldquo隐藏 显示分子和背景文字rdquo模式

Ctrl-Z 撤销操作

23   用 Olex2 解析晶体典型步骤

231   步骤 1单晶测试好后不管是哪个厂家仪器测试的数

据只需有 p4p 和 hkl 就可以解析所有单晶数据首先将 p4p 文件转换成 ins 文件具体方法是将此

二者考到同一文件名下用 Olex2 打开 p4p 文件调用 XPREP根据提示点击回车另存为lowastlowastlowast文件232  步骤 2

用 Olex2 打开新的 ins 文件解析结构 以

Olex2 自带的数据为例 首先在 work 中打开 solve下拉菜单输入已知元素如 C1 O1 H1 N1大小写

无关点击回车在 solution program 中选用合适的方

法现在一般选用 shelXT点击 solve如图 2 所示初步解析[7- 9 ]

图 2  文件 sucrose 初步解析

233  精修

(1)如图 3 所示打开 refine 下拉菜单在 refinement program 中选择方法一般选 shelxl点击 refine

图 3  文件 sucrose 初步精修

(2)各向异性 点击 toolbox work 中此 按钮然后点击 refine

(3)加氢 点击 toolbox work 中 add H然后点

击 refine(4)修改 Z 值(5)改权重然后点击 refine尽量精修到所有

31

数据为绿色为止如图 4 所示

图 4  文件 sucrose 精修至所有数据基本为绿

234  cif 文件的检查

在 naming 中将原子命名在lowastins 文件中加入

acta 指令再精修产生 cif 文件将 cif 文件上传到 http checkcifiucrorg 网站根据提示修改错误至没

有 A B 类错误C 类错误也尽量解决如图 5 所示

图 5  文件 sucrose 的 cif 检测结果

235  注意事项

(1)CNO 电子密度差不多容易指认错误(2)各向异性后椭球越大说明指认的原子重

了需要往轻的原子指认(3)I σ 为信噪比是由仪器自身决定的精修

数次后仍为红色检查 cif 文件只要没有 A B 错误

即可

3  常用指令

结构精修中还会出现若干问题比如无序结构孪晶空间群选择错误手性分子等这就需要用一

些常用的指令来限制结构如 DFIXDELUSIMUISOR 等等促使单晶结构数据达到发表文章的水

平[ 9 -1 2 ]

4  结语

本文主要概括了晶体结构分析的过程介绍了

Olex2 程序的主要功能快捷键操作说明利用

Olex2 程序举例说明晶体结构的解析和精修的典型

过程以及 cif 文件的检查 结构精修过程中还会出

现各种各样的问题如无序结构孪晶空间群选择

错误手性分子等这需要晶体学者们不断地学习与

探索使晶体完美解析 希望越来越多的非晶体学专

业工作者尤其是化学工作者能够掌握 X 射线结

构分析方法的基本知识和使用技巧

参考文献(References)

[1]   Muller PHerbst-Irmer RLSpek A等晶体结构精修晶体

学者的 SHELXL 软件指南[M]陈昊鸿译北京高等教育出

版社2010[2]   陈小明蔡继文单晶结构分析原理与实践[M]北京科学出

版社2003[3]   钱逸泰结晶化学导论[M]合肥中国科技大学出版社1999[4]   (美)本斯(Gerald Burns)(美)格莱泽(AMGlazer) 固体科学

中的空间群[M]俞文海周贵恩译北京高等教育出版社1981

[5]   周公度晶体结构的周期性和对称性[M]北京高等教育出版

社1992[6]   布拉格X 射线分析的发展[M]北京科学出版社1988[7]   Dolomanov OVBourhis L JGildea R Jet alOLEX2a com

plete structure solution refinement and analysis program[J] JApplCryst200942(2)339-341

[8]   Sheldrick GM SHELXT-- Integrated space-group and crystal -

structure determination[J] Acta Cryst2015A71(1)3-8[9]   Sheldrick GMCrystal structure refinement with SHELXL[J] Acta

Cryst2015C71(1)3-8[11]   刘粤惠刘平安X 射线分析原理与应用[M]北京化学工业

出版社2003[12]   张克从张乐惠晶体生长科学与技术[M]北京科学出版

社1997[13]   (法)Jean-Marie Lehn超分子化学概念和展望[M]北京北

京大学出版社2002

收稿日期2017-11-10修改日期2017-11-30作者简介齐悦(1985-)女吉林长春人理学博士实验

师主要从事无机化学实验教学和大型精密仪器

分析方面的研究

41                    

Page 2: Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程 - Nankai UniversityCtrl-Z 撤销操作 2.3 用Olex2解析晶体典型步骤 2.3.1 步骤1 单晶测试好后,不管是哪个厂家仪器测试的数

齐悦等Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程

到晶体的挑选与安置从而利用衍射仪测量数据再进行晶体结构解析与结构精修最后得到各种晶体

结构的几何数据与结构图形等结果 由于仪器设备

和计算机不断更新目前测试一个小分子化合物晶

体其晶体结构分析全过程可以在数小时内完成图1 概括了晶体结构分析的过程[5-6]

1

F

5

2

7

0

75

G

gtE

65

13

2

55

4gt

F

3

gt

图 1  晶体结构分析的步骤

2  Olex2 程序解析晶体及精修的典型过程

21  Olex2 的安装

可以在 wwwolex2org 网站免费下载安装程序22  Olex2 快捷键操作说明

Olex2 快捷键操作说明见表 1

表 1  Olex2 快捷键操作说明

快捷键 操作说明

F2 切换背景颜色

F3 隐藏 显示原子标签

F4 显示梯度变化的背景颜色

F5 激活 work 标签

F6 激活 view 标签

F7 激活 tools 标签

F8 激活 info 标签

ESC 取消选择或退出当前 MODE 操作

Ctrl-A 选择所有

Ctrl-G 进入 grow 模式

Ctrl-H 隐藏 显示 H 原子

Ctrl-Q切换ldquo不显示 Q 峰 显示独立的 Q 峰 显示

连接的 Q 峰rdquo显示模式

Ctrl-R 精修

Ctrl-T 切换ldquo隐藏 显示分子和背景文字rdquo模式

Ctrl-Z 撤销操作

23   用 Olex2 解析晶体典型步骤

231   步骤 1单晶测试好后不管是哪个厂家仪器测试的数

据只需有 p4p 和 hkl 就可以解析所有单晶数据首先将 p4p 文件转换成 ins 文件具体方法是将此

二者考到同一文件名下用 Olex2 打开 p4p 文件调用 XPREP根据提示点击回车另存为lowastlowastlowast文件232  步骤 2

用 Olex2 打开新的 ins 文件解析结构 以

Olex2 自带的数据为例 首先在 work 中打开 solve下拉菜单输入已知元素如 C1 O1 H1 N1大小写

无关点击回车在 solution program 中选用合适的方

法现在一般选用 shelXT点击 solve如图 2 所示初步解析[7- 9 ]

图 2  文件 sucrose 初步解析

233  精修

(1)如图 3 所示打开 refine 下拉菜单在 refinement program 中选择方法一般选 shelxl点击 refine

图 3  文件 sucrose 初步精修

(2)各向异性 点击 toolbox work 中此 按钮然后点击 refine

(3)加氢 点击 toolbox work 中 add H然后点

击 refine(4)修改 Z 值(5)改权重然后点击 refine尽量精修到所有

31

数据为绿色为止如图 4 所示

图 4  文件 sucrose 精修至所有数据基本为绿

234  cif 文件的检查

在 naming 中将原子命名在lowastins 文件中加入

acta 指令再精修产生 cif 文件将 cif 文件上传到 http checkcifiucrorg 网站根据提示修改错误至没

有 A B 类错误C 类错误也尽量解决如图 5 所示

图 5  文件 sucrose 的 cif 检测结果

235  注意事项

(1)CNO 电子密度差不多容易指认错误(2)各向异性后椭球越大说明指认的原子重

了需要往轻的原子指认(3)I σ 为信噪比是由仪器自身决定的精修

数次后仍为红色检查 cif 文件只要没有 A B 错误

即可

3  常用指令

结构精修中还会出现若干问题比如无序结构孪晶空间群选择错误手性分子等这就需要用一

些常用的指令来限制结构如 DFIXDELUSIMUISOR 等等促使单晶结构数据达到发表文章的水

平[ 9 -1 2 ]

4  结语

本文主要概括了晶体结构分析的过程介绍了

Olex2 程序的主要功能快捷键操作说明利用

Olex2 程序举例说明晶体结构的解析和精修的典型

过程以及 cif 文件的检查 结构精修过程中还会出

现各种各样的问题如无序结构孪晶空间群选择

错误手性分子等这需要晶体学者们不断地学习与

探索使晶体完美解析 希望越来越多的非晶体学专

业工作者尤其是化学工作者能够掌握 X 射线结

构分析方法的基本知识和使用技巧

参考文献(References)

[1]   Muller PHerbst-Irmer RLSpek A等晶体结构精修晶体

学者的 SHELXL 软件指南[M]陈昊鸿译北京高等教育出

版社2010[2]   陈小明蔡继文单晶结构分析原理与实践[M]北京科学出

版社2003[3]   钱逸泰结晶化学导论[M]合肥中国科技大学出版社1999[4]   (美)本斯(Gerald Burns)(美)格莱泽(AMGlazer) 固体科学

中的空间群[M]俞文海周贵恩译北京高等教育出版社1981

[5]   周公度晶体结构的周期性和对称性[M]北京高等教育出版

社1992[6]   布拉格X 射线分析的发展[M]北京科学出版社1988[7]   Dolomanov OVBourhis L JGildea R Jet alOLEX2a com

plete structure solution refinement and analysis program[J] JApplCryst200942(2)339-341

[8]   Sheldrick GM SHELXT-- Integrated space-group and crystal -

structure determination[J] Acta Cryst2015A71(1)3-8[9]   Sheldrick GMCrystal structure refinement with SHELXL[J] Acta

Cryst2015C71(1)3-8[11]   刘粤惠刘平安X 射线分析原理与应用[M]北京化学工业

出版社2003[12]   张克从张乐惠晶体生长科学与技术[M]北京科学出版

社1997[13]   (法)Jean-Marie Lehn超分子化学概念和展望[M]北京北

京大学出版社2002

收稿日期2017-11-10修改日期2017-11-30作者简介齐悦(1985-)女吉林长春人理学博士实验

师主要从事无机化学实验教学和大型精密仪器

分析方面的研究

41                    

Page 3: Olex2 程序解析晶体结构及精修的典型过程 - Nankai UniversityCtrl-Z 撤销操作 2.3 用Olex2解析晶体典型步骤 2.3.1 步骤1 单晶测试好后,不管是哪个厂家仪器测试的数

数据为绿色为止如图 4 所示

图 4  文件 sucrose 精修至所有数据基本为绿

234  cif 文件的检查

在 naming 中将原子命名在lowastins 文件中加入

acta 指令再精修产生 cif 文件将 cif 文件上传到 http checkcifiucrorg 网站根据提示修改错误至没

有 A B 类错误C 类错误也尽量解决如图 5 所示

图 5  文件 sucrose 的 cif 检测结果

235  注意事项

(1)CNO 电子密度差不多容易指认错误(2)各向异性后椭球越大说明指认的原子重

了需要往轻的原子指认(3)I σ 为信噪比是由仪器自身决定的精修

数次后仍为红色检查 cif 文件只要没有 A B 错误

即可

3  常用指令

结构精修中还会出现若干问题比如无序结构孪晶空间群选择错误手性分子等这就需要用一

些常用的指令来限制结构如 DFIXDELUSIMUISOR 等等促使单晶结构数据达到发表文章的水

平[ 9 -1 2 ]

4  结语

本文主要概括了晶体结构分析的过程介绍了

Olex2 程序的主要功能快捷键操作说明利用

Olex2 程序举例说明晶体结构的解析和精修的典型

过程以及 cif 文件的检查 结构精修过程中还会出

现各种各样的问题如无序结构孪晶空间群选择

错误手性分子等这需要晶体学者们不断地学习与

探索使晶体完美解析 希望越来越多的非晶体学专

业工作者尤其是化学工作者能够掌握 X 射线结

构分析方法的基本知识和使用技巧

参考文献(References)

[1]   Muller PHerbst-Irmer RLSpek A等晶体结构精修晶体

学者的 SHELXL 软件指南[M]陈昊鸿译北京高等教育出

版社2010[2]   陈小明蔡继文单晶结构分析原理与实践[M]北京科学出

版社2003[3]   钱逸泰结晶化学导论[M]合肥中国科技大学出版社1999[4]   (美)本斯(Gerald Burns)(美)格莱泽(AMGlazer) 固体科学

中的空间群[M]俞文海周贵恩译北京高等教育出版社1981

[5]   周公度晶体结构的周期性和对称性[M]北京高等教育出版

社1992[6]   布拉格X 射线分析的发展[M]北京科学出版社1988[7]   Dolomanov OVBourhis L JGildea R Jet alOLEX2a com

plete structure solution refinement and analysis program[J] JApplCryst200942(2)339-341

[8]   Sheldrick GM SHELXT-- Integrated space-group and crystal -

structure determination[J] Acta Cryst2015A71(1)3-8[9]   Sheldrick GMCrystal structure refinement with SHELXL[J] Acta

Cryst2015C71(1)3-8[11]   刘粤惠刘平安X 射线分析原理与应用[M]北京化学工业

出版社2003[12]   张克从张乐惠晶体生长科学与技术[M]北京科学出版

社1997[13]   (法)Jean-Marie Lehn超分子化学概念和展望[M]北京北

京大学出版社2002

收稿日期2017-11-10修改日期2017-11-30作者简介齐悦(1985-)女吉林长春人理学博士实验

师主要从事无机化学实验教学和大型精密仪器

分析方面的研究

41