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完整的理解晶体生长和溶剂的性质、认真分析过去的成败可以得到一致的积极结果。
1. 晶体生长的速率 在实验室条件下，实验已经表明生长单晶的最佳时间是数个若干天的周期（over periods of days）偶尔当溶液快速干燥时，所需的单晶会被发现，这种事实非常幸福但很少见。典型地当一个人完成一个结晶过程，最好的结晶将在一天或一周后形成。从我的经验来看，结晶成功的可能性最初的几周之后开始急剧下降，尽管幸运的话也有例外。 2. 晶体生长的一般条件 大多数温度保持相对恒定，震动级别最小，样品保存在黑暗处。不要还没超过一天就去检查样品。 3. 溶剂性质和饱和溶液 通过经验和认真实验，你会找到适合你的体系的溶剂组合。 4. 掌握几种通用方法 已被证实的培养单晶的方法 1. 缓慢蒸发溶剂长单晶 将目标分子的不完全饱和溶液慢慢地蒸发除去其中的溶剂。一旦达到饱和,晶体开始形成。 典型的实验方法如下: ·在一个地方溶液放在一个小瓶或管里,塞子上留有一个小的针孔以便让溶剂分子慢慢的扩散出去。 ·在一个地方溶液放在一个小瓶或管里,塞子由可以透过溶剂蒸气的材料制成 ·对空气敏感的化合物，人们可以把这些程序应用在惰气条件下（例如，手套箱，手套袋或大的容器像广口瓶及干燥器。 2. 冷却结晶 典型的实验方法如下: ·把样品在较高的温度下溶解放入一个隔热的容器中(例如用棉毛金属箔,一个大的热缓冲器)让样品的温度缓缓降至常温。 ·把样品在室温溶解置于一个隔热容器中再放入冰箱或冰柜中。 3. 用混合溶剂或气相溶剂培养单晶 用这种方法,有两种溶剂人们应该逐渐调整混合溶剂的比例.溶质在一种溶剂应能适当溶解,大部分不溶于难溶溶剂。 典型实验方法包括: ·一种情况,你首先溶解溶质在溶解性较好的溶剂中,然后添加难溶的溶剂。 ·有时可以滴加难溶的溶剂 ·有时你可以用注射泵以非常低的流速的流速添加难溶溶剂 ·另一种情形,你除去易溶的溶剂 ·可以这样做使易溶的溶剂从体系中挥发出来因其蒸汽压较大 ·容器与样品瓶相连,添加选择性的吸附剂到容器这个做将有帮助 ·第三种情形,易溶的溶剂除去同时添加难溶的溶剂。人们完成了一种设备以便让难溶溶剂转移到混合溶剂系统(易溶溶剂同时扩散出来)通过气相扩散. ·在第一种该设备中人们把一些含有溶质和良溶剂的小瓶放入一个稍大点的容器,在该容器底部或第二个样品瓶中有难溶溶剂。 ·第二种设备两个管桥联在一起,溶剂可以扩散(这种设备的形状有点像H管) 4溶剂分层培养单晶 与前边所用技术的一个重要差别该技术依据的的是在不搅拌的情况下密度差比较大的溶剂其混合相当慢。人们可以利用这个优势溶解溶质在易溶溶剂中然后添加一层难溶溶剂(底层宁愿是上层)。假如这个体系不搅拌、摇动、振动太多两层需要数天才能混合。结果溶剂缓慢的通过分界层进行扩散,经常在那里可以长出非常好的单晶。 典型试验方法: ·我一般的是溶解化合物在密度大的氯化的溶剂如二氯甲烷对应的上层添加极性小的、密度小的溶剂(如正己烷、乙醚、甲苯) ·如果你的化合物是水溶的,你可以改变两个水层的密度和溶剂性质通过使用两种非常不同的浓度盐。蛋白质晶体化学家经常使用此技术。 5 通过毛细管和凝胶扩散培养单晶 因为他们内在的粘度和缺乏对流，溶剂一般的通过狭窄毛细管扩散非常慢。 典型试验方法: ·一般的程序可以用H管来完成，毛细管垂直或横着将两个管自从中间连接起来。第二种仪器比较容易制造和填充。 ·我一般溶解溶质在良溶剂中添加至管子底部的一半，这样溶液就可以到达收敛管道中间。然后，在上面添加难溶溶剂。 ·这项技术主要的不同就是桥联两种溶液用的小管充满了凝胶。这样扩散非常慢，可以长出大单晶，但是长得特别慢。 8综合法培养单晶 当这些单独的办法无效,试着组合他们。我尤其喜欢使用混合溶剂的方法和冷却合用,多种方法合用一般能取得比较好的效果。 10.有魔力的核磁管 假如你有时搜索晶体结构数据库，你会惊奇的发现有大量的晶体结构用氘代试剂报导，这并不是人们有意让他们在里面结晶而是晶体易在核磁管里出现。[注意：很多人一直到没有干净的核磁管才去清洗之，他们大量的放在实验室，这个锥形的小或非废弃管，如果老板看不到，没人感到内疚。这给了溶液大量时间去长晶体而不受外界干扰]大多数情况下，这个发生因为溶剂缓慢从塑料帽里蒸发出来。（如氘代氯仿） 11. 其他方法 假如所有的都失败，不要气馁。因为单晶有时经常被发现在晶体纯化，要洗的杯子还有其他想不到的地方。 C 假如以上方法都失败，你应该考虑如下问题 ! 1. 提纯你的原料 很多次原料是分析纯的，但对于成功长出单晶来说仍然纯度不够，试着再次纯化可能会提高成功的几率。 2. 晶种 因为长单晶的模式是从基础层开始的，同样或相似材料的晶种经常可以诱导长出希望尺寸的单晶。这晶种常常有洒在器壁上的要结晶溶液形成。然而，他们可以有目的的被添加。人们经常用的是用前述方法培养出来很好的的但本身长得太小晶体。有时候，也可以用异构体的晶种。 3. 不太重要的材料 晶体生长需要成核剂。有时是晶种，经常是无关的材料，如灰尘、器壁等。要得到好的单晶必须有合适数量的成核剂。 a) 除非按清洁房间程序，每一个结晶过程都受灰尘、头皮屑、油脂等其他自由粒子的影响。一个小的正常的尘埃有时可能是晶种。我曾经看到在长颈瓶的璧上的晶体其晶种显然是痕量的油脂。 b) 器壁的刮痕和缺陷 器壁的少许刮痕和缺陷往往是晶体生长的成核位置。有时，你在一个新容器无法得到单晶，可以交替地在上面刮几下；假如有很多的小单晶长成，你应当用一个刮痕少的容器。 c) 器壁的表面处理 我看到报道的一个改进晶体生长的窍门就是处理容器表面改变它的化学本性。这经常用的是试剂与表面发生作用（如Me3SiC） 4. 试，试，再试 培养满足质量要求的单晶，最重要的因素是坚定不移和耐心。经常经过几十次或几百次失败花费几个月甚至几年培养出一个重要的单晶。 a) 大多数的化学家使用在某一时间进行一个或一系列实验的所谓连续的策略，然后用这个结果去修正下一次的工作程序。最典型的是每周仅仅付出一部分努力去做，这样做的结果是进展非常慢，当一个单晶培养成功时数月已经过去。 b) 系统靠近培养单晶和结晶过程的考察：多个优势 蛋白质晶体学家已经发展了系统的方法来使晶体生长获得成功，一般的包括小心的考察化合物的结晶空间。这里我指得是温度、时间、溶剂等，为保证晶体生长成功，一个关键是使用平行靠近来生长单晶。对于小分子化学家，这意味着需要鉴别5种有希望的候选溶剂，需要125次结晶（5×5排列试五种不同的混合溶剂及其五种不同的瓶盖上的小洞）这比顺序法需要更多的样品，但是它可以非常小规模的做。假如你仅需要一个好的晶体，这可以从不到1毫升的溶液中生长出来，在数月之内给你满意的结果。 5. 制备衍生物 假如你选择的化合物刚好不结晶，你可以制备期衍生物，例如我制备乙基而非甲基，苯甲醚而非苯的衍生物，六氟化磷盐而非四氟化硼盐。 6. 溶剂和结晶试剂 很多物质结晶是以溶剂化物存在，你可以添加溶剂分子以利于其形成溶剂化物（例如，氯化溶剂二氯甲烷，芳香的苯核甲苯及水） 7包和物和超分子配合物 假如添加了合适的底物，硫脲结晶时倾向于形成一定尺寸的孔洞，底物经常会在孔洞中结晶。同样的，很多大体积的卟啉化合物，环糊精，calixarenes ,及其相关分子在缺少相关的潜在的客体分子式不会结晶。因此，有时通过有目的的添加客体分子诱导形成主客体超分子配位化合物。同样，冠醚和穴醚可以用来改进离子化合物的结晶。 |
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