【综述】天津大学尹秋响教授团队CCR：小分子结晶和单晶结构分析的最新趋势与进展- 大数跨境

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2024-07-04

导读：天津大学化工学院尹秋响教授团队在国际化学权威期刊Coordination Chemistry Reviews发表了关于利用先进的单晶解析设备和单晶生长技术获取小分子单晶结构的综述文章。

小分子单晶结构和绝对构型的确定在多个科学领域中具有至关重要的作用。单晶结构解析的一个重要应用在于理解和预测分子的物理化学行为。分子在不同环境中的稳定性、反应活性及其在不同相态中的表现都与其具体的三维结构密切相关。例如，通过了解分子在晶体中的堆积模式，可以预测其熔点、溶解度和机械性质等关键参数。这些信息对于材料科学中的新材料设计、优化和应用至关重要。

而小分子的绝对构型的确定尤其在制药领域具有关键意义。手性分子的不同对映体可能表现出截然不同的生物活性和药效。例如，沙利度胺的右旋异构体具有治疗效果，而左旋异构体可能无效甚至致畸。因此，准确确定和控制药物分子的绝对构型，对于药物的安全性和有效性至关重要。

此外，单晶结构解析还在催化剂设计、化学反应机制研究及功能材料开发中发挥着不可替代的作用。通过对催化剂分子的详细结构研究，可以揭示其催化活性中心的构型和周围环境，为催化剂的改进和新型催化体系的设计提供理论基础。同样，研究反应中间体和过渡态的单晶结构，有助于理解复杂反应的机理，指导反应条件的优化和新反应的开发。因此，获取有机小分子单晶结构和绝对构型是至关重要的。

近日，天津大学化工学院尹秋响教授团队在国际化学权威期刊Coordination Chemistry Reviews发表了关于利用先进的单晶解析设备和单晶生长技术获取小分子单晶结构的综述文章。天津大学在读博士研究生肖云天为该论文的第一作者，天津大学化学学院国家工业结晶工程技术中心主任尹秋响教授、纽约大学Liang Li教授和Panče Naumov教授以及为该论文的通讯作者。

图1. 溶液中的有机小分子的成核与生长

传统的单晶X射线衍射（SCXRD）技术一直受限于对晶体物理状态、尺寸和质量的严格要求。本综述讨论了获取单晶结构的先进设备和理论技术，包括SCXRD、PXRD、PXRD与CSP、PXRD与NMR，以及微电子衍射（Micro-ED）。此外，还深入探讨了基于三种基础方法的结晶技术：溶液结晶、熔融结晶和升华结晶。本文对分子结晶能力及晶体生长方法的优化进行了详细讨论。对于可结晶的分析物，通过结合晶体生长增强技术高通量技术（封装纳米液滴结晶与油下结晶法），可以弥补在常规条件下的结晶性差、尺寸小和缺陷问题。对于原则上难以结晶的分子，可以使用“晶体海绵”如金属有机框架（MOFs）或者“共结晶伴侣”如四芳基金刚烷来实现共同结晶，从而确定其绝对构型。