Ny eksperimentel strategi belyser kompleks krystalstruktur

Forskere ved universiteterne i Warwick og Cardiff har brugt en kombineret pulver XRD, solid-state NMR og beregningsmetode til at bestemme strukturen af ​​3', 5'-bis-O-decanoyl-2'-deoxyguanosin.

En kombination af eksperimentelle og beregningsmetoder har gjort det muligt for forskere at etablere strukturen af ​​et af de mest udfordrende organiske materialer, end der er blevet bestemt til dato baseret på analysen af ​​pulverrøntgendiffraktion (XRD) data.

Imidlertid, bruger kun pulver XRD-data, krystalstrukturen af ​​90-atom molekylet 3', 5'-bis-O-decanoyl-2'-deoxyguanosin [betegnet dG(C ₁₀ ) ₂ ] er udfordrende at bestemme på grund af dens størrelse og kompleksitet, hvilket gør strukturbestemmelsesprocessen særlig kompliceret.

Rapportering i journalen Kemisk Videnskab , forskere – herunder professor Steven Brown fra University of Warwicks afdeling for fysik, Professor Stefano Masiero ved University of Bologna og ledet af professor Kenneth Harris fra Cardiff University - udvidede pulver XRD-analysen af ​​dG(C) ₁₀ ) ₂ med information afledt af solid-state nuklear magnetisk resonans (NMR) data og dispersionskorrigeret periodisk tæthed funktionel teori (DFT) beregninger til struktur optimering.

Denne kombinerede tilgang ved hjælp af eksperimentelle og beregningsmetoder gjorde det muligt for teamet at fastslå, at dG(C) ₁₀ ) ₂ danner et hydrogenbundet guaninbåndsmotiv, som ikke tidligere er blevet observeret for 2'-deoxyguanosinderivater.

dG(C ₁₀ ) ₂ molekyle bruges i øjeblikket i fotoelektriske enheder, inklusive fotoledende materialer, bifotoniske kvanteprikker og fotodetektorer med ensretteregenskaber. I alle disse applikationer, det strukturelle arrangement af guaningrupperne er en nøglefaktor. Det har derfor været særligt vigtigt at forstå de foretrukne strukturelle egenskaber af dG(C ₁₀ ) ₂ i fast tilstand.

Det forventes, at synergien mellem eksperimentelle og beregningsmetoder, der anvendes i denne forskning, vil blive et væsentligt træk ved strategier til yderligere at udvide anvendelsen af ​​pulver XRD som en teknik til strukturbestemmelse af organiske molekylære materialer af endnu større kompleksitet i fremtiden.

"Forståelse af struktur med atomopløsning er nøglen til at etablere struktur-funktionsegenskaber. Dette arbejde betragter et nukleinsyrederivat, som lover anvendelse i elektroniske materialer, " forklarer professor Steven Brown.

"Solid-state NMR-eksperimenter udført for over 10 år siden i Warwick havde identificeret dannelsen af ​​specifikke hydrogenbindinger mellem molekylerne. Denne supplerende information var afgørende for Cardiff-teamets succes med at bestemme krystalstrukturen ud fra eksperimentelle pulverrøntgendiffraktionsdata, der blev verificeret ved den fremragende reproduktion af eksperimentelt målte NMR-parametre til den afledte strukturdensitet-funktionelle teoriberegning.

"Denne tour de force NMR-krystallografi-indsats for dette meget udfordrende system afslørede en uventet selvsamling, som ikke var set før for klassen af ​​forbindelser (2'-deoxyguanosin-derivater)."