Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

What I learned Today #5: Параметр Флэка, 30 лет спустя

Ок, это я узнал не сегодня. Но вчера впервые применил на практике!

Почти общеизвестно, что из монокристальных рентгенодифракционных данных можно узнать абсолютную конфигурацию исследуемого кристалла, если в кристалле есть тяжелый атом. Есть очевидные "ограничения", вроде того, что соединение не должно быть рацематом (большинство химиков встречают неудачу на этом этапе), что выросший нецентросиметричный кристалл не означает, что соседний кристалл в той же пробирке не отвечает противоположной абсолютной конфигурации (бывают такие молекулы,у которых просто не растут кристаллы рацемата, а вываливаются независимо кристаллы правого и левого энантиомеров), но это все логичные частности. Определение абсолютной конфигурации производится путем сравнения интенсивностей пар отражений (h, k, l) и (-h, -k, -l), которые часто называют парами Бижвота (Bijovet) в честь экспериментатора, который с их помощью путем честного измерения сильного аномального рассеяния определил абсолютную конфигурацию тартрата рубидия (Nature, кстати, doi:10.1038/168271a0). Тем самым наконец позволив сказать, что такое D- и L- изомеры, между прочим.

Аномальное рассеяние годится не всегда, поэтому Флэк и Рождерс в 1983 г. предложили способ определять абсолютную конфигурацию с помощью т.н. параметра Флэка, который возникает из уточнения нецентросимметричной структуры как двойника:



И всех все устраивало, в уточнении для параметра x, как и для любого другого, можно посчитать стандартное отклонение, и стандартная фраза о возможности уточнения абсолютной конфигурации звучала примерно так: "параметр Флэка с приемлемым esd можно получить для уточнения структур с атомами начиная с кремния для молибденового излучения и начиная со фтора для медного". При этом было известно, что если уточнять, скажем, параметр Флэка по данным с медного излучения для структуры, содержащей только кислород, углерод и азот, то он часто будет близок к нулю или единице, и часто совпадать с известными из химии - но будет иметь дикую погрешность. Скажем, 0.0(5). И делай со своими данными что хочешь.

Есть только одна проблема: статья Флэка содержала грубую ошибку. Примерно 25 лет никто не обращал внимания, но в 2008 г. Хоофт предложил применить статистические тесты к анализу интенсивностей пар Бижвота (Hooft, R.W.W., Straver, L.H., Spek, A.L. (2008). J. Appl. Cryst., 41, 96-103, open access). Выяснилось, что если считать каждую разность I((h, k, l) - I(-h, -k, -l) независимым наблюдением, и сравнивать ее величину с таковой, рассчитанной для уточненной структуры, то статистика на тысяче-другой отражений выдерживает любые тесты достоверности. И повышает точность определения абсолютной конфигурации на порядок. Результат был настолько крут, что Хоофт завел специальный сайт для его пропаганды:

http://www.absolutestructure.com

А через 5 лет и Флэк подтянулся, показав, что вместо расчета по изначальной формуле нужно было сравнивать квотиенты (Parsons, S., Flack, H.D. & Wagner, T. (2013) Acta Cryst. B69, 249-259, doi:10.1107/S2052519213010014, тоже в открытом доступе). Квотиент - это всего-навсего отношение разности интенсивностей пар Бижвота к их сумме. Дело в том, что исходный параметр Флэка вбирал в себя все неточности в описании структуры (а модель всегда достаточно неточна, без описания электронной плотности между связями и т.п.), а в квотиентах ошибки взаимно компенсируются. Круче, чем и Хоофта, не получилось, потому что даже специальное уточнение структуры по квотиентам все равно ничего нового по сравнению со статистическим тестом не дает — но зато удалось разобраться с природой несоответствия. И Шелдрик включил критерий Парсонса (уже не Флэка, пусть тот и в соавторах) в новую версию ShelXL, фактически гарантировав, что абсолютные структуры по всему миру станут точнее. А параметр Хоофта и так считают и CRYSTALS, и PLATON, и OLEX2.

И да, вчера я уточнил структуру формулы C19H31NO2 с параметром Парсонса 0.04(3), в то время как Флэк сказал бы мне только унылое 0.0(2).

Впервые же я увидел последствия применения нового алгоритма на структуре сахара, снятой на молибденовом излучении (до 110 градусов, впрочем). Я тогда только поставил ShelX-2013 и заподозрил баг. Даже потом специально спросил Шелдрика, подойдя к нему на Европейской кристаллохимической конференции. Он же выразился в духе "да-да, теперь все так, и придется переписывать учебники".

Хорошо бы меньше 20 лет понадобилось, чтобы переписать. А то "мужики и не знают..."

UPD: Да, теперь, чтобы получить правильное определение параметра Флэка (Парсонса?), достаточно просто уточнить структуру в новом SHELXL (2013/1 и новее). Он и ссылку вставит правильную, а если уточнять в явном виде "старый" параметр (через TWIN/BASF), то пишет "refined as an inversion twin" — это оставлено для совместимости.