单晶结构分析教程课件

7．结果的解释与表达单晶结构分析的过程1．晶体的选择与安置2．测定晶胞参数与基本对称性3．测定衍射强度数据4．衍射数据的还原与校正5．结构解析6．结构精修7．结果的解释与表达单晶结构分析的过程1．晶体的选择与安1一.X-射线衍射的基本原理1．晶体结构和点阵

把分子（或原子）抽象为一个点（结构基元），晶体可以看成空间点阵晶体的结构=结构基元+点阵

ab单晶为一个空间点阵所贯穿的晶体

晶体（crystal）是一种分子（或原子）有规律的重复排列的固体物质一.X-射线衍射的基本原理1．晶体结构和点阵2

晶体最基本的特征在于其内部结构排列有严格的规律性，即结构中分子、原子的排列存在一定的周期性和对称性。周期性排列的最小单位称为晶胞，晶胞有两个要素:一是晶胞的大小和形状，由晶胞参数a、b、c、α、β、γ规定；二是晶胞内各个原子的坐标位置，由原子坐标参数x、y、z规定，晶体学上的坐标系均采用右手定则，X、Y、Z轴分别平行于单位向量a、b、c，晶胞参数为单位。

晶体最基本的特征在于其内部结构排列有严格的规律性，即3

微观结构除了一定的周期性外，还有一定的对称性。各种可能的微观对称元素和Bravais点阵类型组合产生微观对称类型共有230种，称230空间群。这些类型在宏观外形和性质上表现的宏观对称性称为点群，一共32种。从对称划分，晶体分属七大类：三斜、单斜、正交、四方、三方、六方、立方等

微观结构除了一定的周期性外，还有一定的对称性。42．Miller指数（晶面指标）

1）在点阵中任意三个不共线的点阵点可画一点阵平面。通过全部点阵点的一族平行的点阵面，是一组等间距、相同的平面

2）离原点最近的平面点阵，在三个轴上的截距分别为a/h、b/k、c/l，h、k、l为互质的整数，则（hkl）称为这一族平面点阵的指标，也称为Miller指数

3）Miller指数为（hkl）的一族平面点阵，包含了点阵中全部点阵点，相邻的两平面间的距离为d(hkl)

2．Miller指数（晶面指标）1）在点阵53.X射线衍射基本原理X射线是一种波长在0.001nm～10nm之间的电磁波，用于单晶结构分析的Ｘ－射线的波长(0.071073nm)与晶面间的距离相当。当一束平行单色X射线通过晶体时，在偏离入射光的某些方向，会观察到一定的强度，即为衍射现象。衍射的方向与所用波长(λ)、晶体结构和晶体取向有关。若以(hkl)代表晶体的一簇平面点阵的指标，d(hkl)是这簇平面点阵中相邻两个平面之间的距离。入射的X射线与这簇平面点阵的夹角θ(nhnknl)满足下面布拉格公式，就可产生衍射：3.X射线衍射基本原理62d(hkl)sinθ(nhnknl)=nλ式中：n为整数，又叫衍射级数。式中nhnknl常用hkl表示，hkl称为衍射指标。它和平面点阵指标是整数倍关系。对于每一套指标为hkl、间隔为d的晶格平面，其衍射角和衍射级数n直接对应。不同n值对应的衍射点可以看成晶面距离不同的晶面的衍射，例如，hkl晶面在n=2时的衍射和2h2k2l晶面在n=1时的衍射点等同。这样Bragg方程可以简化重排成下式，这样每个衍射点可以唯一地用一个hkl来标记：2d(hkl)sinθ(hkl)=λ

或：sinθ(hkl)=λ/２·1/d(hkl)

2d(hkl)sinθ(nhnknl)=nλ7单晶X射线衍射线的强度晶体对X射线的衍射主要源于原子核外的电子对X射线的相干散射。原子序数不同，核外电子数不同，衍射能力有差别；原子的分布和位置不同，相干散射的结果也不同。因此衍射的强度中蕴藏着晶体中所含原子种类、数量以及分布的有关信息。

单晶X射线衍射线的强度84.单晶的培养

晶体的生长和质量主要依赖于晶核形成和生长的速率

晶核形成的快就会形成大量微晶，并易出现晶体团聚

生长的速率太快会引起晶体出现缺陷

为了避免这两个问题常需“摸索”和“运气”

4.单晶的培养晶体的生长和质量主要依赖91)溶液里晶体的生长最常用的方法:冷却或蒸发化合物的饱和溶液要点：缓慢结晶、不能让溶剂完全挥发措施：干净光滑的器皿清洁稳固的环境合适的溶剂适宜的温度2)溶液界面扩散法（liquiddiffusion)两种方法：A、B分别为两种反应物溶于两种不同的溶剂所形成的溶液A或B为待结晶化合物的溶液，而另一为惰性溶剂1)溶液里晶体的生长最常用的方法:冷却或蒸发化合物的饱和103)蒸汽扩散法（vapordiffusion)A、B分别为两种对目标物溶解度不同的溶剂，目标物溶解于溶解度大的A中，溶解度小的溶剂B的蒸汽慢慢扩散A中，降低目标物的溶解度，使之不断结晶出来3)蒸汽扩散法（vapordiffusion)114)凝胶扩散法(diffusion)

或将反应物之一置于凝胶中，另一种的溶液进行扩散（a）；或将两种反应物制成溶液，从不同方向向凝胶中扩散（b、c）abc

常用的凝胶有：硅酸钠、四甲氧基硅胶、明胶和琼脂等4)凝胶扩散法(diffusion)或将125)水热法或溶剂热法(hydrothermalmethodandsolvothermalmethod)

特别难溶的化合物可用此法，重要的技巧是控制好温度6)升华法(sublimation)

能长出好的晶体，但应用较少。5.晶体的挑选和安置

1)晶体的挑选

必须选择在同一晶核上长成的单晶体。能够满足单晶结构分析的晶体，须达到如下标准：5)水热法或溶剂热法特别难溶的化合物可用此13

大小是一个重要因素。理想的尺寸取决于：晶体的衍射能力和吸收效应程度（决定于晶体所含元素的种类和数量）；所用射线的强度和探测器的灵敏度（仪器的配置）

应该是一个完整的个体，不应有小卫星晶体或微晶粉末附着。

品质好的晶体，应该外形规整，有光泽的表面，颜色和透明度一致，没有裂缝和瑕疵。

不是孪晶。

b）单晶的大小

a）单晶的外貌大小是一个重要因素。理想的尺寸取决于：晶体的14光源所带的准直器的内径决定了X射线强度一致区域的大小，晶体的尺寸一般不能超过准直器的内径（常用的为0.5~0.6mm）。对于CCD，晶体合适的尺寸是：纯有机物0.3~0.7mm，金属配合物或金属有机物0.15~0.5mm，纯无机物0.1~0.3mm要选三个方向尺寸相近的（否则对衍射的吸收有差别），过大的可以用解剖刀切割，切割时要用惰性油或凡士林

2)晶体的安置

通常也叫粘晶体，安置前一般最好先要观察其是否稳定。首先，将晶体用胶液粘在玻璃毛上：

一般说，球形优于立方形，优于针状，优于扁平形。光源所带的准直器的内径决定了X射线强度一致区15晶体的安置方法

abcda将晶体粘在玻璃毛上的正确做法b将晶体上包上一层胶等保护晶体c将晶体装在密封的毛细玻璃管中d将晶体粘在玻璃毛上的不正确做法晶体的安置方法abcda将晶体粘在玻璃毛上的正确做法b16一)SHELXTL文件

1.文件名

一般，同一结构，所有文件都用相同的名（不能超过８个字符），只是扩展名不同

2.两个必要文件(由XPREP程序产生)

*.hkl文件:所有的衍射点，每一点一行。格式为：hklF2

σ(F2)

-42-221.1893.0504-2219.5392.120-4-2-217.1292.710…………………..

二用SHELXTL程序进行结构分析一)SHELXTL文件1.文件名一般，同一17*.ins文件：组成上可分成五部分TITL041203einP2(1)/c

CELL0.7107311.587019.308017.214490.000108.47190.000

ZERR4.000.00690.01120.01020.0000.0090.000

LATT1SYMM-X,0.5+Y,0.5-Z

SFACCHNOCoS

UNIT1081044020816信息区SIZE0.470.430.35HTAB2L.S.8ACTABONDFMAP2PLAN20晶胞参数

X光波长标题空间群单胞中分子数目晶胞参数的标准偏差

晶格类型对称操作码原子类型

单胞中原子数目命令区可输入各种让XS和XL执行的命令

*.ins文件：组成上可分成五部分TITL041203e18DFIX1.430.02o5c27WGHT0.0749001.631200FVAR0.169240TEMP25Co150.6394360.1822960.77829911.0000000.037950=0.0431200.052330-0.0021200.007180-0.002370Co250.1322990.0882370.78254311.0000000.061270=0.0806100.082660-0.0041400.0113000.005080N130.8165450.1814040.85752711.0000000.048210=0.0447200.042580-0.0014600.010450-0.001390N230.6418180.0988030.86406511.0000000.055810=0.0508700.0700800.0007000.013560-0.009990………………….命令区HKLF4END原子表坐标、占有率、温度因子衍射点文件类型

文件结束命令

DFIX1.430.02o5c27Co15193.其它文件

reslstpltciffcfpcftex

xs、xl、refine产生的文件

记录xs、xl、refine过程和结果的文件

XP中做的图形文件

晶体学信息文件

结构因子文件

晶体结构报表文件

记录仪器型号、晶体外观等的文件

4.INS文件的建立和更新

结构解析和精修的过程，是ins文件建立和不断更新的过程，这主要是下列过程实现的：xprep、xshell—refine、xl、xp、edit、copy3.其它文件resxs、xl、refine产生的文件记录20SHELXTL的主要子程序和文件SHELXTL的主要子程序和文件21二)常用的XS和XL指令

指令含义ACTA产生cif文件AFIX将原子坐标强制性地固定在指定位置上，或在指定位置上产生原子ANIS将各向同性换成各向异性精修BOND计算键长、键角(加$H包括H的键长、键角)BIND计算指定原子对的键长、键角CONF计算扭转角DELU限制指定原子间键长的标准偏差DFIX限定指定原子对间的距离EADP给两个或多个原子指定相同的位移参数二)常用的XS和XL指令指令含22指令含义END指令输入结束EQIV提供分子内或分子间键合原子的对称操作码ESEL限制E值的下、上限EXTI对晶体消光效应参数进行精修EXYZ让两个或多个原子具有相同的坐标FLAT限制指定原子在相同的平面上FMAP所计算Fourier图的类型FREE不计算指定原子对的键长、键角FVAR全比例系数HFIX限制H原子在理想位置上HKLF衍射数据的格式HTAB计算氢键指令含义END指令输入结束EQ23指令含义ISOR限制指定原子的位移参数类似于各向同性L.S.指定XL中用最小二乘法进行精修的轮数LATT晶格的类型.依次为:PIRFABC,无心为负值MOVE移动或转换坐标MPLA计算平面OMIT忽略指定的衍射点或限定theta角范围PART划分成键原子的范围（用于无序结构）PLAN计算和列出Q峰的数目SFAC晶体中存在的原子的种类SIMU限制指定范围内的原子有相近的位移参数SIZE晶体的大小指令含义ISOR限制指定原子的24指令含义SYMM所属空间群的对称操作TEMP衍射数据收集的温度TITL样品的编号（或名称）和空间群UNIT晶胞中每种原子的总个数WGHT指定所用权重ZERR晶胞中分子个数和晶胞参数的标准偏差三)SHELXTL结构分析的步骤

1.项目的设立

打开SHELXTL程序：点projectnew，输入文件名，查找到hkl文件并打开指令含义SYMM所属空间群的对252.结构的解析1)结构解析的基本原理XS用直接法或Patterson法解决相角问题，试验性找出部分原子或重原子的位置（坐标）*所谓直接法（directmethods），就是运用数学的方法，利用不同衍射点的关系，从大量强度数据中，直接找出各个衍射点的相角，从而达到解析晶体结构的目的。其过程概括如下：

a将|Fo|转化为归一化结构因子|Eo|

b建立可以利用正切公式的三相角及四相角关系

c赋于起始相角

d利用正切公式精修相角

2.结构的解析1)结构解析的基本原理X26e计算诊断指标，判断各套相角的质量

f采用诊断指标最佳的相角数据计算解析电子密度图，即E图

*Patterson法是其本人1934年提出，通常只用来解析含有重原子的结构

用这种方法时，首先利用重原子的特征峰，即Harker峰，求出重原子坐标，再通过Fourier合成获得其它原子的坐标

Harker峰，或Harker截面，就是同一套等效的原子组成的Patterson峰，由于平方效应，重原子的Harker峰会显得十分突出，寻找起来一般比较容易。因此，可以轻松地从分析重原子的Harker峰，得到重原子的坐标

e计算诊断指标，判断各套相角的质量f采用诊断指标最佳的27E在差值Fourier图中，找出分子中其它原子的位置F程序根据衍射强度，对原子坐标和位移参数等结构参数进行精修G重复C—F步骤至分子中所有原子都被指认、精修收敛3.结构精修的典型步骤A在XSHELL中用Refine精修各向同性的非氢原子

定出基本正确的结构模型后，在前几轮精修（各向同性）中，可以通过检查R1和U值，来检查原子确定的是否正确，并逐步指认出非氢原子

R1应小于0.4（wR2为0.5~0.7），越小越好U应在0.1以下_

E在差值Fourier图中，找出分子中其它原子的位置F28

如果在精修过程中，U值急剧增大，说明该原子并非存在

如果U偏大，该位置可能是一个更轻的原子

如果U偏小，则可能是一个更重的原子_

还要注意残余峰的大小，如果其大于1就应考虑是不是还有未发现的非氢原子

在Refine中选择Aniso则可进行各向异性精修(也可在Edit.ins文件中加ANIS指令,用XL进行),这样可更确切地表达电子云的真实分布情况，所以R1值会明显下降

B对所有的非氢原子进行各向异性精修这时如果是非中心对称的空间群，应检查Flack参数是否接近于0，否则要进行绝对构型转换，指令：MOVE111-1（或在Refin.Contr.中选中invert)--如果在精修过程中，U值急剧增大，说明该原子并非存在29对于具有确定立体结构的有机基团，可采用理论加氢；对于无法理论加氢的，如水分子，可从差值Fourier图中找出氢原子，参加精修的情况视数据的质量而定C计算/指认并精修氢原子理论加氢的方法退出XSHELL，在Edit-.ins文件的命令区，添加指令：HFIXmn需加氢的原子名（产生AFIX固定）m是一或两位数，指定氢的类型：

=1叔-H，=2

仲-H，=3（或13）伯-H，

=4

芳-H，=8（或14）

X-O-H，

=9X=CH2或X-NH2，=15

笼状B-H对于具有确定立体结构的有机基团，可采用理论加氢；对于30n是一位数，指定固定的类型：

=1坐标、占有率、位移因子固定，

=2

占有率、位移因子固定，

=3（或7）坐标固定，

=4

同3，但允许修正X-H的键长（方向固定）然后进行精修也可在XSHELL中先点Atoms-HybridizeAll

再点Atoms-CalculateHydrogens然后检查H加的是否合理，如不合理，可打开ins文件修改不合理的部分，再精修还可在XSHELL中先选择同类原子，再用Select>Atoms>SetHFIX分别进行加氢n是一位数，指定固定的类型：然后进行精修也可31D进一步精修更多的晶体学参数先在ins文件中写入要精修的参数指令，再进行精修例如：SIZE

0.380.320.24HTAB

2CONFCONF

X1X2X3X4BOND

$HBIND

X1X2X3X4_$1MPLAnX1>X8EQIV

$1X-1,Y+1/2,-ZOMIT1-24输入晶体的尺寸计算氢键并写入lst文件计算所有的扭转角计算这四个原子间的扭转角加上$H，可计算包括H在内的各种健长和键角计算输入的原子对的健长和键角计算输入的前n个原子的平面，并给出所有输入原子偏离该平面的距离，还能给出与前一个平面间的夹角提供所键合原子的对称操作码MOVExiyizi删除h、k、l分别为1、-2、4的坏点移动坐标EXTIx精修消光效应，x是程序自动产生的这些计算一般在作数据表时进行OMIT-250.02限制sigam和2thetaD进一步精修更多的晶体学参数先在ins文件中写入要精修的32找出对称操作码的方法：而用ENVI命令会得到有关的用四位数字表示的对称操作码(如：2746、3654、4545等)，可表示为：SXYZ其中，S为对称操作序号，如S=2(等价于2555)，就是-x，-y，0.5+z；X-5、Y-5、Z-5则代表x、y、z三个轴向在555(即-x，-y，0.5+z)基础上的位移量在XP中采用SYMM命令，此时会给出所有的对称操作码及序列号，如对于某晶系为：

1555.=+x,+y,+z

2555.=-x,-y,0.5+z

3555.=0.5+x,0.5-y,z

4555.=0.5-x,0.5+y,0.5+z如：2746的对称操作为：2-x，-1-y，1.5+z3654的对称操作为：1.5+x，0.5-y，-1+z4545的对称操作为：0.5-x，-0.5+y，0.5+z找出对称操作码的方法：而用ENVI命令会得到33单晶结构分析教程课件34（指精修结果收敛）E收敛即精修到原子坐标、位移参数、占有率等参数至目标值范围内被精修的参数的最大绝对漂移(maximumabsolutevalueoftheshift)的值不再变化，并且在0.01（甚至0.001）以下平均漂移值(Meanshift)几乎为零一套好的数据精修出正确结构之后，wR2<0.15，R1<0.05。

GOOF值接近于1（可通过调整WGHT值来实现）如果精修很难收敛，或某些参数不好，可用删除一些坏点的方法来解决。（指精修结果收敛）E收敛即精修到原子坐标、位移35删除坏点的方法：

每次精修完后，程序都会自动产生50个坏点，写在lst文件中，查到后可把它们的h、k、l

值加上OMIT指令写在ins文件中，继续精修即可，如：MostDisagreeableReflections(*ifsuppressedorusedforRfree)hklFo^2Fc^2Delta(F^2)/esdFc/Fc(max)Resolution(A)

03469.1813.305.030.0132.36

10122003.9325827.844.650.58011.57

-433195.94122.964.310.0402.16

-646-1.2760.324.310.0281.48

-1652-31.82514.283.990.0820.85-24140.1681.203.680.0331.122002576.752229.443.670.1717.93-8311755.49954.473.640.1121.22.lst删除坏点的方法：每次精修完后，程序都会自动36TITL040518binP2(1)/n…………….SFACCHNSSnClUNIT809288412omit034omit101omit-433omit-646omit-1652L.S.8EXTI0.00224ACTABONDFMAP2PLAN20WGHT0.0280001.235100FVAR0.412890.insTITL040518binP2(1)/n.ins37A受限制的精修

在一些结构中，个别独立的原子给不出化学上合理的键长和键角。由于它们平均分布在整个分子中，有明显的相关性，因此有关参数不能独立修正

须进行“强制性精修（constrainedrefinement)”和“限制性精修(restrainedrefinement)”，方法有：*强制性精修（固定）4.结构精修常用的手段不同原子在同一位置的固定

A受限制的精修在一些结构中，个别独立的原子给38………………TEMP25EADPN1O1EXYZN1O1WGHT0.000000FVAR0.090960.5CR150.1131740.2162840.62814111.000.031320.04649=0.034550.000950.001830.00118PART1

N130.1183660.2418300.48315421.000.026960.03867=0.03287-0.000840.000650.00346PART2O140.1183660.2418300.483154-21.000.026960.03867=0.03287-0.000840.000650.00346PART0N230.1680390.0755530.65741111.000.029770.04142=0.03256-0.005860.003800.00086………………指定的原子具有相同的位移参数指定的原子具有相同的坐标………………指定的原子具有相同的位移参数指定的原子具有相同的39刚性基团的固定

C510.7839820.3893100.47272311.000.056310AFIX66C610.6708450.3853300.47555411.000.037930C710.6231400.3840590.52209911.000.038030C810.1328710.1073890.61628111.000.070930C910.1873100.1127000.56609211.000.052710C1010.3014380.1136570.56151011.000.036590C1110.3506990.1121920.51513811.000.035930AFIX0C1210.2841000.1107080.47251311.000.043900苯环的固定刚性基团的固定C510.783982040茂环的固定C510.7839820.3893100.47272311.0000000.056310AFIX59C610.6708450.3853300.47555411.0000000.037930C710.6231400.3840590.52209911.0000000.038030C81000110.05C91000110.05C1010.3014380.1136570.56151011.0000000.036590AFIX0C1110.3506990.1121920.51513811.0000000.035930C1210.2841000.1107080.47251311.0000000.043900

以上刚性基团的固定，通常在精修收敛后，就撒去，并继续精修至收敛，以产生标准偏差，必要时需再用限定（dfix）茂环的固定C510.7839820.3841C110.6970090.8630490.28649811.000.093920.11666=0.06085-0.018490.03812-0.03708AFIX23H1C20.6892450.8256730.25983611.00000-1.20000H1D20.7649200.8868840.28992811.00000-1.20000AFIX0C210.6262820.9479190.28543611.000.073190.12011=0.056840.02597-0.01000-0.02830AFIX23H2C20.6425670.9948650.26331011.00000-1.20000H2D20.5588990.9246280.27906511.00000-1.20000AFIX0H的固定(由HFIXmnC1C2指令产生)C110.6970090.8630490.286442限制性精修

FMAP2PLAN20dfix0.850.02o1h1o1h2o2h3o2h4o3h5o3h6dfix1.380.02h1h2h3h4h5h6h7h8TEMP25键长的限制键长估计标准偏差同类键键长相近的限制FMAP2PLAN20SADI0.02o1h1o1h2o2h3o2h4o3h5o3h6SADI0.02h1h2h3h4h5h6h7h8TEMP25估计标准偏差限制性精修FMAP2键长的限制键长估计标准偏差同类键键长43限制指定原子间键长的标准偏差LIST4DELU0.020.01c2c3WGHT0.0834000.000000估计标准偏差共平面限制PLAN20LIST4FLAT0.1c11c12c13c14c15

WGHT0.0834000.000000估计标准偏差至少四个原子PLAN20LIST4SIMU0.020.041.7c2c3c4c5c6c7c8c9

c10

WGHT0.0834000.000000估计标准偏差限定的范围限制指定原子具有相近的位移参数限制指定原子间键长的标准偏差LIST4估计标准偏差共平面限44B阻尼控制

当结构难以进行最小二乘精修，特别是当结构模型明显偏离最优化结构时，易发生精修参数的大幅度移动(shift)，造成最小二乘精修不收敛

可用阻尼因子加以控制。在SHELXL中，可赋予阻尼参数DAMP一个200~2000之间的数值

限制各向异性位移参数具有类似各向同性位移参数的性质PLAN20LIST4ISOR0.01c3c4c13c14

WGHT0.0834000.000000估计标准偏差B阻尼控制当结构难以进行最小二乘精修，特别是当45C对称性限制

如果某些原子处于特殊位置，如对称中心、面、轴上时，原子坐标和各向异性位移参数不能被精修。需进行对称性限制

现在很多程序已经能自动对特殊位置的原子坐标和各向异性位移参数进行限制

D残余电子密度

残余峰如果大于1应考虑是不是还有未发现的非氢原子

；距重原子（原子序数为Z）较近(≤1.2A)的峰和谷，允许更大的值（±0.1Z）°C对称性限制如果某些原子处于特殊位置，如对称中46C无序结构

当一物质大部分结构大部分有序，仅小部分无序时，可用通常的方法解析。但无序部分可能出现原子位移参数太大，其结构在化学上不合理的情况

无序的种类有多种，常见的有：

a位置占有率无序

即同一位置被两种或多种原子占据(看“固定”)b位置无序和取向无序

晶体中分子的部分基团，甚至整个分子按统计方式分布在两个或多个位置上的现象，叫位置无序。如果部分基团，甚至整个分子位于旋转轴、镜面、对称中心上，分布在两个相互联系的方向上的现象，称为取向无序，球形基团常发生这种现象

C无序结构当一物质大部分结构大部分有序，仅小部47对于这一问题：＊有的结构，可直接由差值Fourier电子密度图定出不同方向的排列。例如，ClO4-经常是这样处理的（O和O’的占有率要进行归一化精修)。

＊很多结构却无法这样处理。则对于无序程度轻的，可用限定（即用ISOR指令）的方法。也可把无序原子裂分为两个原子，方法是：

先在.lst文件中找到裂分的原子坐标然后在.ins文件中做如下处理：对于这一问题：＊有的结构，可直接由差值Four48

0.08620.03890.0343N10.12830.06590.0400N2

0.39040.14470.0431O1maybesplitinto0.69860.42520.6507and0.69220.35600.65220.08790.07230.0349O2

WGHT0.0452000.000000FVAR0.2869100.5N130.3383420.1106710.42407111.000.0729900.046510=0.0401700.0033200.0082700.021590part1O140.69860.42520.6507

21.000.05part2O1’40.69220.35600.6522-21.000.05part0O240.5293570.4003700.61593711.000.0532900.087650=0.054980-0.0019900.0198600.002700.lst.ins0.08620.03890.0343N149D多种可能空间群之间的选择

确定空间群的基本原则是就高不就低。因此，定低了对称性就是错误的，必须纠正！最易犯的错误是将有心定为无心

E反常散射与绝对结构

a反常散射

不同原子对电子的束缚能力不同，导致了其散射能力与自由电子有所不同，散射相角也发生一定漂移，这种现象与X-射线的波长有关，称为反常散射

D多种可能空间群之间的选择确定空间群的基本原则50如果晶体属于中心对称空间群或在忽略了反常散射的条件下，衍射点的强度严格遵守Friedel定律：

|Fhkl|=|F¯h¯k¯l|

对于中心对称结构，反常散射效应相互抵消，因此严格服从Friedel定律

非中心对称的结构则不同，由于不同绝对结构的反常散射效应有一定差别，相应的Friedel衍射对的强度也有区别,两者之间差别尽管细微，却十分明显并有规律

b手性和极性空间群

非中心对称的空间群即极性空间群，其不含对称中心；手性空间群不仅不含对称中心，而且不含镜面和滑移面

如果晶体属于中心对称空间群或在忽略了反常散射的条件下51在绝对构型可以清楚区分的情况下，使用错误的绝对结构进行精修将导致原子参数、键长、和键角等的系统误差，所以，正确确定绝对结构是非常重要的

可用Flack参数（cif文件中）来确定绝对结构

其值接近于0，且标准偏差很小(大于0.3表示没有足够强的反常散射能力,绝对构型不能确定)时，表示正确；如果等于或非常接近于1，且标准偏差很小，则表示此绝对结构是错误的，其倒反结构

才是正确的。方法是：在ins文件中加入指令“MOVE111-1”，再精修（或在Refin.Contr.中选中invert)在绝对构型可以清楚区分的情况下，使用错误的绝对结构进52一)晶胞参数和分子式

晶胞参数是晶体的最基本的信息，这是首先得到的结构信息晶胞中分子或化合物计量式的数量Z、相对分子质量、晶体密度也是晶体的最基本信息之一存在下面的关系式：

dc=(Mr·Z)/(V·NA)

式中：dc为晶体密度Mr为相对分子质量V为晶胞体积NA为阿伏伽德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三.晶体结构的表达一)晶胞参数和分子式晶胞参数是晶体的最基53二)分子几何

有了原子坐标就可计算出键长和键角，这些都是程序自动完成的。公式如下：1.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标。晶体学中的原子坐标通常用分数坐标(fractionalcoordinates)来表示。即x、y、z分别以a、b、c为单位

式中：二)分子几何有了原子坐标就可计算出键长54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

晶体结构中最重要的偏差是键长的估计标准偏差（estimatedstandarddeviations)，简称标准偏差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的计算也可通过在ins文件中添加“BINDA1A2”指令，令程序完成键长和键角的描述要突出主要的和特殊的以上的公式是对称性最低的三斜晶系的，对称性更55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（FREEA1A2），把该成的键连起来（BINDA3A4），计算分子或原子间的弱作用也是用此法2.键长与原子半径

键合(bonding)或是分子间作用(intermolecularinteractions)，均与原子间的距离有关原子间是否键合，是程序根据原子半径和设定的宽容度（50pm）自动判断的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，然后用如下指令进行计算：EQIV$1对称制作码BINDB1B2-$1这样的判断常常产生一些问题，这就需要人工判断，把不该56一些常见有机基团中的键长键型类型键长键型键长

C--C1.53C--Br1.87~1.96C—C(=C)1.51C--Cl1.72~1.85C—C(≡C)1.47C--F1.32~1.43C=C1.32C--I2.13共轭/芳环1.38C--P1.80C≡C1.18~1.20C-S1.82C--N1.47~1.50(C--)NO21.21~1.22C=N共轭1.34~1.38P--O1.56~1.68C—O(H)1.41~1.44S--O1.58C—OC—O(--C)1.42~1.46Cl--O1.40(C=)C--O1.30~1.39C--B1.59C=O1.19~1.23B--O1.48羧酸根1.21~1.23P--F1.58一些常见有机基团中的键长键型类型键长键型573.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共面（coplanar)，是比较重要的结构信息研究n个原子之间的共面性，是用最小二乘的方法，计算出所有n个原子偏离值（deviation)(δi)和最小的一个平面，称为最佳平面(bestplane)，也叫最小二乘平面（least-squaresplane)。原子离开该平面的平均标准偏差(meanstandarddeviation)为：它的值越小，共平面性越好3.最佳平面、扭转角与二面角在晶体结构中，58

二面角也称面间角(interplanarangle，它表示两个平面法线之间的夹角（图中φ，都为正值）在描述分子构象（conformation)时，常用到两种角度参数：二面角（dihedralangle)和扭转角(torsionangle)

扭转角是指依次排列的1、2、3、4四个原子，顺着2-3键投影（Newman），原子1顺时针转动得与原子4重合时，所转动的角度（图中ω，逆时针为负值）可见，φ=180-lωl二面角也称面间角(interplanarangle59扭转角的计算方法：在ins文件中加CONF

指令，精修后可计算出所有的扭转角在ins文件中加CONF

A1A2A3A3

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的结果可写入LST、CIF、TEX等文件平面和二面角的计算方法：在ins文件中加MPLAn

A1>An+m

指令，精修后可计算出前n个原子的平面、所有（n+m个）输入原子偏离该平面的距离及与前一平面的二面角计算的结果可写入LST文件扭转角的计算方法：在ins文件中加CONF指令，精修后可计60三、分子间的作用

包括氢键（hydrogenbond）、π-π堆积作用（stackinginteraction)与范德华作用1.氢键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N、O作为给体和受体的氢键键长（R）为300pm或更短些，远了作用弱；C—H键有时也能与N、O、F等形成氢键，键长较长，为320~400pm；有时还能形成三中心键

A=NOF三、分子间的作用包括氢键（hydrogen61晶体学中，考察氢键最重要的数据应该是D和A间的距离，这是由于用单晶X-射线衍射法研究氢键时具有如下问题：由于H的电子云密度很低，故不能精确确定其位置由于D—H键的电子密度明显偏向于D，所以X射线法确定的D—H的键长与真实值有一定偏差，较短

还有，大多情况下，H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氢键的计算方法：先在ins文件中加HTAB2

指令，精修一次再从lst文件中查出计算出的氢键及受体原子的对称操作码晶体学中，考察氢键最重要的数据应该是D和A间622.π-π堆积作用主要是芳环间的，强度在1~50kJ·mol-1的范围内，且多数在10

kJ·mol-1左右或以下。分错位面对面（offsetface-toface)和边对面edge-toface)堆积两种，距离均在330~370pm的范围

对于C-H键形成的H键需用ENVI.查找EQIV$1对称制作码HTABB1B2-$1HTABA1A2计算的结果写入lst文件中，如果计算了扭转角（CONF指令），则同时写入cif和tex文件然后，再在ins文件中用加如下指令，并精修2.π-π堆积作用主要是芳环间的，强度在163错位面对面边对面(C-H-π作用)正位面对面对于面对面的，计算两苯环中心的连线与环所在的平面的夹角θ值有助于说明π-π作用的强度错位面对面边对面正位面对面对于面对64*π-π堆积作用的计算要在XP程序中完成四)结构图

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常用的有：分子结构图（椭球图）、晶胞图、堆积图及表明特性作用或结构的图Shelxtl中的XP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*π-π堆积作用的计算要在XP程序中完成四)结构图65画结构图的基本原则：1.图形的表达应该与论文或报告的内容密切相关联，而不同的学术杂志对图形的要求不同，这就需要在作图前有所了解。同时要保证在图形缩小到符合出版要求时仍然清晰。

2.分子结构图要完整，对于独立单元不是完整分子的结构，不能只画出独立单元中的原子，但也应该避免过于复杂，要尽量避免原子重叠，如果无法完全不重叠，要突出要点（如重要的原子和键要表达清楚）。3.原子标签要满足清晰（足够大）和美观（太大了也不好看），与原子的距离要合适，对称操作产生的原子可以不标记。画结构图的基本原则：1.图形的表达应该与66XP的常用指令(字母大小写通用)指令含义ARAD0.301.52A1指定原子半径CELL显示晶胞参数CENT/xAtomnames计算并显示指定原子的中心DRAWfilename打印结构图或转换图形文件ENVIn

A1显示指定原子的环境EXAM显示该通道中所有的文件EXIT退出XPFILEfilenames存储XP中产生的文件FMOL/n读入数据FUSE删除所有对称操作产生的原子GROW长出完整的分子填充球半径成键半径原子名(或$A)指定显示的范围加/x同时给中心点X1AXP的常用指令(字母大小写通用)指令含67指令含义INFO(A1)显示一个或所有原子的结构信息ISOTAtomnames将指定原子转换成各向同性JOINn

Atompairs改变原子间的键连方式KILLAtomnames删除指定的原子（或Q）LABLcodesize定义如何标注原子和标签的大小LINEAtompair计算两原子间的连线LINKn

Atompair改变原子间的键连方式MATRn指定所显示图形的取向MPLNAtomnames

计算指定原子的平面和二面角NAMEX1A1重新命名原子NEXT读出SAVE指令保存的文件PACK产生晶体堆积图指定键的类型，n=1：立体实线；2：空地实线；3：立体虚线；4：空地虚线；5：实线；6：虚线；缺省值为1指定标签的类型，0：不标；1：没括号不标H；2：带括号不标H；3：没括号标H；4：带括号标H指定标签的大小，缺省值600，常用值300--500将前者改为后者，也可用通用符，如??A??表示观看或投影图形的取向，1：沿a

轴；2：沿b

轴；3：沿c

轴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；如果改用MPLN/n，则可计算出重叠较少，较清楚的图形取向指令含68指令含义PBOXwdxcyczc定义格子宽度、深度和中心坐标PROJcell显示旋转目标图形PUSHdxdydz

sign移动原子坐标SAVEfilename保存文件SGENs

Atomnames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TELPspbdkeywords画、保存图形文件（plt文件）UNDOAtompair删除指定原子间的键连UNIQAtomnames独立出指定原子所在的单元VIEWfilename显示TELP指令保存的文件通常为缺省值0.5、0.5、0.5宽度，通常上下为左右的0.75以cm为单位的点距，缺省值为50观察晶胞或堆积图加之坐标变量标识码，必须为+1或-1

也类似于MOVE，在XP中代替INVI对称操作码，由ENVI指令得到用度表示的立体视角，常用0：为一维图画热椭球的probability,

负值为热椭球键线的宽度，缺省值为0.05深度特定关键词cell，可在图上加上单元晶胞，画晶胞和堆积图时前几项可省略注：Atomnames等可用通用符“？”来表示一个字符；或用CmtoCn来表示连续排列的Cm到Cn；或用$C、$Q、$H等表示同一类原子指令含69XP的使用：XP程序的进入：点XP菜单FMOL/n[ent]加/n省略原子表画分子图：KILL$Q$HA1A???BA21toA28[ent]

GROW

[ent]JOINA1A3

[ent]LINKA2A3

[ent]UNDOA1A2

[ent]UNIQA1

[ent]INFOA1[ent]ARAD0.252.07

A1[ent]UNIQ

[ent]ENVIA1

2[ent]SGEN1564atomname

[ent]XP的使用：XP程序的进入：点XP菜单FMOL/n[ent70DRAWMO

[ent]

MPLN/n[ent]

PROJ[ent]

LABL1400[ent]

TELP0-300.04[ent]

调为原子重叠最少、最清楚的取向按程序要求输入图形文件名（如：MO），标记要标记的原子SAVEMO

[ent]

连续三个[ent]，便打印图形，也可转换成其它的文件，例如:a-[ent]-文件名-[ent][ent]—PS文件画晶胞或堆积图或其它图形：NEXTMO

[ent]

FUSE

[ent]

KILL$H（Ai）[ent]

UNIQA1

[ent]

ENVIA1

[ent]

SGEN3465A1A2….

[ent]

DRAWMO[ent]MPLN/n[ent]PR71CELL[ent]

MATR1[ent]

PBOX159[ent]

PACK[ent]

TELPCELL

[ent]

DRAWCE

[ent]

显示晶胞参数，如:11.2315.7617.3890.095.290.0堆积图，可不参阅晶胞参数，一般采用数值为20至30按程序要求输入图形文件名（如：CE、PA），一般只标记要标记晶胞原点和轴计算直线和直线间的夹角：LINEC1C2[ent]

LINEC5O8[ent]

LINEC1C12[ent]

显示直线的单位矢量和线间夹角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PROJCELL

[ent]

JOIN(LINK

UNDO)A1A2

[ent]

CELL[ent]MATR1[ent]PBOX72计算平面和二面角：MPLNC1C2O4N3N4[ent]

MPLNC5TOO8[ent]

MPLNC1TOC12[ent]

显示平面方程、原子到平面的距离、二面角、直线和平面间的夹角等信息

计算π-π堆积作用：CENT/XC1TOC6[ent]

ENVIX1A

2

[ent]

SGEN2564C1TOC6[ent]

CENT/XC1ATOC6A[ent]

LINEX1AX1B[ent]

MPLNC1TOC6[ent]

MPLNC1ATOC6A[ent]

产生苯环（C1-C6）的中心X1A显示X1A周围δ为2距离内的原子及其操作码产生新的原子C1A-C6A可获得苯环的平面方程、中心到平面的距离、环上C到另一环平面的距离、二面角、中心连线与平面的夹角中心间的距离等ENVIX1A

2

[ent]

计算平面和二面角：MPLNC1C2O4N373画π-π堆积作用图：CENT/XC1TOC6[ent]

ENVIX1A2

[ent]

SGEN2564C1TOC6[ent]

CENT/XC1ATOC6A[ent]

LINKX1AX1B[ent]

TELP[ent]

DRAWPai[ent]

KILL无关的原子[ent](或用uniq、fuse等指令）Pai.pltX1AX1BC1A—C6A画π-π堆积作用图：CENT/XC1TOC6[74无心转换为有心（p1p-1）：FMOL/n[ent]

KILL$Q[ent]

CENTA1A2[ent]

PUSH-xi–yi-zi

[ent]

SYMM-X-Y-Z[ent]

FUSE[ent]

FILEfilename[ent]

EXIT[ent]

xi、yi、zi

为CENT指令产生的原子A1和A2中心的坐标退出XP后，先修改ins文件：首行中p1p-1；LATT-11，再用XL精修，然后按常规精修即可

无心转换为有心（p1p-1）：FMOL/n[en75五)结果数据表----*.tex文件和*.cif文件

包括重要的晶体学参数、原子坐标表、温度因子表、分子几何数据表（及这些数据相应的标准偏差）等

有关键长和键角的数据，必须注意几个问题：

等效的不重复列出

涉及到独立单元以外的原子，必须注明对称操作码

重要的弱键或弱作用也可在此表中列出

所有的数据要注明标准偏差数据

常用的结构数据表主要有*.tex文件和*.cif文件

五)结果数据表----*.tex文件和*.cif文件761.TEX文件

基本结构：

Table1.Crystaldataandstructurerefinementfor020908a.

Identificationcode020908aEmpiricalformulaC18H14CoN3O7Formulaweight443.25Temperature298(2)KWavelength0.71073ACrystalsystem,spacegroupMonoclinic,c2/cUnitcelldimensionsa=29.654(18)Aalpha=90deg.b=8.530(5)Abeta=95.829(10)deg.c=13.801(8)Agamma=90deg.Volume3473(4)A^3Z,Calculateddensity8,1.696Mg/m^3Absorptioncoefficient1.039mm^-1F(000)1808晶体数据和结构精修结果1.TEX文件基本结构：Table1.Cryst77

Crystalsize0.28x0.25x0.18mmThetarangefordatacollection1.38to26.47deg.Limitingindices-25<=h<=37,-10<=k<=10,-14<=l<=17Reflectionscollected/unique9671/3589[R(int)=0.0587]Completenesstotheta=26.4799.8%AbsorptioncorrectionSemi-empiricalfromequivalentsMax.andmin.transmission0.8350and0.7596RefinementmethodFull-matrixleast-squaresonF^2Data/restraints/parameters3589/3/315Goodness-of-fitonF^20.952FinalRindices[I>2sigm