-listview
Shelxtl 5
结构分析软件包
软件简介
?
软件结构
?
数据校正
——
SADABS
?
数据处理
——
XPR
EP
?
?
结构解释
——
XS
结构图形
——
XP
?
结构修正
——
XL
?
< br>
结构报告
——
XCIF
?
?
其它程序
一、软件简介
SHELXTL
系列结构分析软件包是由德国
Goeltingen
< br>大学
Sheldrick
教授等编写的,
主要版本
有:
Shelx 86, Shelx
93, Shelx 97
及
SHELXTL
5.*
,其中
Shelx 86
版提供
了整套软件,包括
XP
。但自从
SIE
MENS(BRUKER)
公司购买了该套软件并命名为
SHE
LXTL
之后,就不再免
费提供
XP<
/p>
及
XPREP
。
二、软件结构
SHELXTL
软件包包含五个主要程序:
XPREP
,
p>
XS
,
XP
,
p>
XL
,
XCIF
。
它们使用的文件为
―‖
,其中
―nam
e‖
是一个描述结构的自己定义的字符串,不同的
―ext‖<
/p>
则代表着不同的
文件类型。
在
SHELXTL
结构分析过程中,主要涉及到三
个数据文件:
;
;
,
其中
I
NS
和
RES
文件具有相似的数据格式
,区别只是
INS
是指令
(instr
uction)
文件,它主要
是充当
X
S
及
XL
的输入文件,
而
RES
是结果
(resul
t)
文件,
主要保存
XS
及
XL
的结果,
RES
p>
中包含有直接法
XS
或最小二乘法
XL
产生的差
Fourier
< br>峰。
HKL
文件是
ASCII
型的衍射点数据文件,包含
H
,
K
,
L
,
I
和
σ(I)
,其格式:
0
0
1
36.57
1.31
1
0
0
487057.13 2178.69
1
……
h
k
l
I
σ(I)
HKL
文件的格式决定了它不能进行除了
DIFABS
型校正之外
任何校正。
SHELXTL
运行图
INS
和
RES
文件中主要包含单胞参数,分子式
(
原子类型
)
,原子位置坐标及
p>
XL
指令等,它
们是由一些指令定义的
p>
ASCII
文件。
本实验室为用户提供了下列数据文件:
①
*,*…
CCD
最原始文件,为校正而保留
②
*._ls
记录数据处理文件,包
含数据完成度及最后精修单胞参数所用的衍射点
③
*.abs
校正结果文件,主要包
含
Tmin
,
Tmax
④
*.hkl
经
SADABS
校正后的衍射点文件
⑤
*.p4p
矩阵文件,包含单胞参数
三、数据校正
——
SADABS
SMART
CCD
由于设备的特殊性
使得它不具有四圆一样的
PSI
校正
(
由于晶体外观的不对称
性
)
,
但由于在
CCD
所收集
的数据中有很多对的等效点,
因而也可拟合出一条经验校正曲线。
SADABS
就是
Sheldrick
特别为
CCD
数据编写的校正程序。
由于
SADABS
使用等效点,因而要
求输入正确的
Laue
群,只有正确的
Laue
群才能保证校
正的正确性。
SADABS
还提供了与
θ
有关的校正
——
所谓的球形校正,它的原理就是在
不同的
θ
角衍射
时,
< br>X
射线通过的光程不同,因而吸收也不同,该校正要求
μ
R
值,其中
R
为晶体几何尺寸
中最小的边长,
而晶体的吸收因子
μ
是由化合物的分子式决定的,
因而只有在结构完全解释
出来之后才能进行这个校正,
而这种校正目前有些刊物是要求提供的。
也正因为如此,
要求
保留最原始的数据文件
*.RA
W
。
四、数据处理
——
XPREP
XPREP
主要完成数据处理工作,它要求存在
RA
W
或
HKL
文件,它的使用命令是:
Xprep name
它是一个交互式菜单驱动程序并提供了一个缺省运行过程:
<
/p>
1.
从
文件
p>
(
若存在
)
或
p>
文件中读入衍射点;
2.
从
name.p4p
或键盘获
得单胞参数及误差;
3.
判断晶格类型:
XPREP
首先对衍射点数据进行统计:
3910 Reflections read from file mean
(I/sigma) =
27.80
Lattice exceptions: P
A
B C I F Obv Rev All
N
(total) = 0 1948 1951 1981 1945 2940 2596 2604
3910
N (int>3sigma) = 0 1890 1878 1918
1881 2843 2514 2524 3780
Mean intensity
= 0.0 109.2 106.3 103.4 111.7 106.3 108.5 110.3
108.8
Mean int/sigma = 0.0 27.8 26.7
28.0 27.7 27.5 27.8 27.7 27.8
Select Option [P]:
< br>XPREP
按照平均
I/σ(I)
来确定一个晶格类型,
但实际上由于较弱的衍射点其
σ(I)
也可能较小,
因而这个判断标准未必很准确,
< br>平均强度值应该是一个更为准确的判断标准,
若某一项的平
均强度远小于全部衍射点的平均强度时,
就应该认为具有这种晶格的消光性质,
即应选取这
种晶格,但标准却难以决定。
4.
寻找最高对称性
单胞参数只是晶体对称性的外在表现形式,
衍射点的对称才是晶体对称性的内在
表现。
虽然
SMART
中也对晶格类型
进行判断,但由于
CCD
中搜寻衍射点的对称性的代价较为昂贵
,
通常在收集数据时不检测衍射点的对称性,这样导致在收集数据时所判断的对称性不准
确,
而且由于此时进行指标化的衍射点未必很好,
导致某些轴之
间的偏差比设定的偏差大从而不
能得到真正的对称性,即使选定的对称性比实际的对称性
要低。而在
SAINT
以大量的衍射
点
精修单胞参数之后,
单胞参数趋向真实值,
此时再对单胞参数进
行转化,
可以更准确地得
到晶体的对称性。
SEARCH FOR HIGHER METRIC
SYMMETRY
------------------------------
------------------------------------------------
Option A: FOM = 0.025 deg.
ORTHORHOMBIC
P-lattice
R(int) = 0.022 [
3032]
Cell:
5.965
9.042
18.403
90.00
90.02
90.01
V
olume:
992.52
Matrix:
1.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1.0000
Select Option [A]:
< br>在这里,必须按照衍射点的一致性因子
R(int)
来选
取最高的对称性,而不能随意地降低晶体
的对称性。
有时降低对
称性比较容易得到初结构,
但最后精修往往得不到好的结果,
表
现在
一个单胞中存在多个独立单元,而某些单元中的原子漂移的很厉害甚至无法找到某些
原子。
一般
R(int)
在
0.15
以下的对称性是可以接受。
5.
确定空间群
XPREP
按照选定的晶系,晶格类型,
E
值统计,消光特点来判断空间群,并给出了可能的
空间群及其对应的综合因子<
/p>
CFOM
,
CFOM
越小,空间群的可能性越大,一般
CFOM
小于
1
表明建议的空间群很大可能是正确的,
而
CFOM
大于
10
则
表明可能是错误的,
通常
CFOM
小于
10
的空间群是可以接受的。下面以标准晶体
< br>YLID
为例说明空间群的判断过程:
SPACE GROUP
DETERMINA
TION
……
/
判断晶系及晶格类型
Mean
|E*E-1| = 0.713 [expected .968 centrosym and .736
non-centrosym]
Chiral flag NOT set
Systematic absence exceptions:
b-- c-- n-- 21-- -c- -a- -n- -21- --a
--b --n --21
N 247 240 237 6 156 155
153 6 74 74 76 11
N(I>3s) 231 224 221 4
144 141 127 0 70 68 66 3
113.3
120.8 139.2 0.8 187.9 194.4 108.3 0.1 131.0 139.3
102.7 1.1
28.7 27.3 28.2 9.3 29.5
29.3 23.5 1.3 26.1 27.4 26.0 5.2
Option Space Group No. Type Axes CSD
R(int) N(eq) Syst. Abs. CFOM
[A]
P222(1) #17 chiral 5 26 0.022 3032 1.3/5.2 5.73
[B] P2(1)2(1)2 #18 chiral 3 359 0.022
3032 5.2/9.3 2.37
Select
Option [B] :
这里
C
SD
是剑桥数据库中这种空间群出现的几率,
Axes
表明是否进行了单胞的转换
(1
:未
进行转换
)
,
R(int
)
及
N(eq)
只跟
< br>Laue
群的选定有关,
.
表明
程序认为消光的衍射点平
均强度值及未被认为是消光的衍射点的平均强度值中的最小值。
要注意的是
E
值统计并不
很准确,
p>
大部分晶体都是有心的,
应该尽量选取有心空间群,
只有在有心空间群无法解释时
才选用无心空间群,而且最后还必须检查化合物以
确认确实不具有心对称性。
与判断晶格一样,这里采用的也是
以
I/σ(I)
来当为消光判断的标准,建议的空间群
P21212
的
CFOM
因子也较小,但仔细检查
I
及
I/
σ(I)
可发现,在该晶体中,所有衍射点的平均强度
为
108
,而三个轴向的
21
< br>轴的衍射点统计分别为:
21-- -21-
--21
N 6 6 11
N(I>3s) 4 0 3
0.8 0.1 1.1
9.3
1.3 5.2
三个轴向应都具有
21
轴,即空间群应为
P212121
。从衍射点统计中我们发现所有衍射点的
平均
I/σ(I)
p>
为
28
,通过更改消光标准为
9
,可以得到:
Option Space Group No. Type Axes CSD
R(int) N(eq) Syst. Abs. CFOM
[A]
P222(1) #17 chiral 5 26 0.022 3032 1.3/5.2 5.73
[B] P2(1)2(1)2 #18 chiral 3 359 0.022
3032 5.2/9.3 2.37
[C] P2(1)2(1)2(1) #19
chiral 1 5917 0.022 3032 9.3/23.5 0.72
Select Option [C] :
结构解释也证明晶体确实是
P212121
空间群。<
/p>
6.
输入分子式
SHELXTL
在进行结构解释时,分子式并不十分重要,重要的只是原子的种类,
当然在有有
机基团存在的情况下只提供原子种类是难以进行结构解释的,必须提供有机基
团的结构类
型,
最简单的例子:
六元环
可能是苯环,
也可能是吡啶环甚至其它的环,
若不知基团类型是
无法解释的。
但在产生结构报表时还
是需要准确的分子时,
甚至在进行与
θ
有关的校正时也需要准确的分
子式。
在输入原子种类之后,
XPREP
将产
生
及
文件,到
此完成数据处理工作。
在
XPREP
运行过程中,使用者可随时选择相应的菜单来运行相应的功能
(
*
:常用的甚至必
须用到的功能
)
p>
:
[D]Read, modify
or merge DA
TASETS [C]Define unit-cell
CONTENTS*
[P]Contour
PA
TTERSON sections [F]Set up shelxtl
FILES*
[H]Search for HIGHER
metric symmetry* [R]RECIPROCAL space displays
[S]Determine or input SPACE GROUP*
[U]UNIT-CELL transformations
[A]Apply
ABSORPTION corrections [T]Change
TOLERANCES*
[L]Reset
LA
TTICE type of original cell [Q]QUIT
program
五、结构解释
——
XS
除非有异质同晶的化合物结构
(
可以套用它的结构<
/p>
)
,
否则任何化合物的结构解释都必须对
结
构进行初解释。
SHELXTL
中<
/p>
XS
可通过①
直接法;
< br>②
Patterson
法;
③<
/p>
碎片法对结构进行解释,
它的运行命令如下:
xs name
它要求存在
<
/p>
及
两个文件,并将产生
< br>
文件,在
文件中,
XS
自动按照所给的原子种类把最强的峰命名为最重的原子,并把后续的峰按
照其强度进行
可能的命名,同时还进行结构修正,产生更多的差
Fourier
峰。在某些情况下
XS
结果是极
其准确的,它可以直接得到大部分结构
(
直接法
)
,而这些结构在后续的差
< br>Fourier
峰中都未
必看的更清楚。
表征直接法质量的参数有:
CFOM
及
RE
,它们越小表明直接法越成功,通常情况下
p>
CFOM
在
0.1
,
RE
在
0.3
以下表明直接法可能是成功的。
但直接法也有其局限性,<
/p>
特别是对于那些单斜晶系有心空间群,
此时可把空间群降低成无心
结构但要记住最后必须把它还原成有心结构,
或者可使用
Patterson
法。
在有超过
Na
的重原
子存在的条件下,
Patterson
法可以给出较好的结果,但
Patte
rson
不进行结构修正,也没有
很好的表征参数。
xs
要求的
的指令格式如下:
TITL ylid in
P2(1)2(1)2(1) /
标题
CELL 0.71073
5.9647
9.0420
18.4029
90.000
90.000
90.000
/
波长及单胞参数
ZERR
4.00
0.0005
0.0008
0.0017
0.000
0.000
0.000 /Z
值及参数偏差
LA
TT
–
1 /
晶格
(1:P
;
2:I
;
< br>3:R
;
4:F
;
5:A
;
6:B
;
7;C)
/
对称心
(
有心:正值;无心:负值
)
SYMM
0.5-X, -Y
, 0.5+Z
/
对称操作码,忽略
SYMM x,y,z
SYMM -X, 0.5+Y
, 0.5-Z
SYMM 0.5+X, 0.5-Y
, -Z
SFAC C H O S
/
原子类型
UNIT 44 40
8 4 /
原子个数
TREF
/
直接法
HKLF 4
/
衍射点形式
END
TREF
定义了
XS
采用直接法进行结构解释,若想采用
Patterson
法,则把
TREF
改成
PA
TT
。
下面是直接法产生的部分信息:
256. Phase sets refined - best is
code
1071101.
with CFOM =
0.0504
Fourier
and peaksearch
RE = 0.137
for
14 atoms and
258 E-values
Fourier and peaksearch
RE =
0.120 for
14 atoms
and
258 E-values
Fourier and peaksearch
产生的
RES
文件如下:
TITL ylid in P2(1)2(1)2(1)
CELL 0.71073
5.9647
9.0420
18.4029
90.000
90.000
90.000
ZERR
4.00
0.0005
0.0008
0.0017
0.000
0.000
0.000
LA
TT -1
SYMM 0.5-X, -Y
, 0.5+Z
SYMM -X, 0.5+Y
,
0.5-Z
SYMM 0.5+X,
0.5-Y
, -Z
SFAC C
H O S
UNIT 44 40 8 4
/
与
INS
文件相同
L.S. 4
BOND
FMAP 2
PLAN 20
S1
4
0.1897
0.6807
0.7416
11.000000
0.05
/
最强峰命名为
S
Q1
1
0.6672
0.8003
0.6769
11.000000
0.05
219.00 /
差
Fourier<
/p>
峰
Q2
1
0.3137
0.5023
0.6253
11.000000
0.05
171.90
……
HKLF
4
END
六、结构图形
——
XP
XP
提供了多种功能,初了绘制结构图形之外,我们主要使用它分析化合物的
结构,并把差
Fourier
峰命名为原子。它的运行命令为:
xp name
若存在
文件,
XP
首先读取这个
文件的所有数据,否则读取
文件的数据,
可通过使用下列命令:
xp
强
制
XP
读取
文
件中的数据。
XP
是一个交互式菜单
驱动程序,
包含九十多个命令,
每个命令之后可以带有参数及关
键词。
可通过
XP>>
下的
help
命令来列出所有
XP
的命令,
并可通过
help inst(inst
代表某一命令
)
来
获得
该命令的含义及使用方法。
XP
的主要的关键词
(keyword)
有:
ALL /
表示当前原子表的所有原子
TO /
表示连续的一段原子
$$E /
表示某一类原子,如
$$C
p>
表示所有
C
原子,
$$q
表示所有峰。
下面以
YLID
为例说明
XP
的使用过程:
xp ylid
p>
fmol
调用所有的原子及差
Fourie
r
峰
(
简单其见,在后续中都把它当作
原子
)
并形成一个原子
表,它通常是<
/p>
XP
在读取文件之后的第一个命令,只有被
fmol
调用后的原子才参与后续的
所有计算。
该命令显示当前原子表中的所有原子的参数,<
/p>
包括原子类型,
坐标,
半径,
同性温度因子及
峰高,通常在
fmol
之后都使用这一命令来检查原子信息,如温度因子是否合理等。在
SHEL
XTL
中,反常原子
(
原子位置不准确
,原子类型不符合
)
的温度因子通常都不正常:较
高的温度因子表明该原子可能太重或根本不存在,
较小的温度因子表明原子可
能太轻。
下面
是
INFO
显示的信息:
其中
ARAD
及
SRAD
使用于绘图,而
BRAD
则为共价半径,使用于成键判断。
arad
则定义了原子的半径:
ARA
D
,
BRAD
,
SRAD
,其中
ARAD
及
SRAD
只与绘制结构图
时有关,而
BRAD
则定义了成键间距
(
共价半径
)
,在
SHELXTL<
/p>
中,成键距离设置为
br1+br2+delta
,其中
delta
的缺省值为
0.5
。
arad
使用方式如下:
p>
arad ar br sr keyword
屏幕显示原子结构图形,
并提供菜单
使图形旋转等。
该命令主要使图形转动到某一合适位置
便于观察
,它是观察化合物结构的主要手段。下图即为标准晶体
YLID
的直接法结果。
假设在这里不存在
Q3
,且在直接法中产生的
Q1
,
Q4
,
Q5
,
Q6
,
Q7
不在这一位置,而在
其它等效位置。此时的
P
ROJ
图为:
这时化合物中存在多个碎片,此时可使用
UNIQ
命令。<
/p>
在研究的化合物结构中,
可能存在多个碎片,
uniq
命令使用于从多个碎
片中孤立出某一碎片,
它的使用方式为:
uniq atom
下图即为
uniq
s1
后的结果。
使用
uniq
命令时,
XP
以选定的
atom
p>
原子为初始原子,按照
(br1+br2+delta)
的间距寻找与其
发生键联的原子
(
若某原子本身不与之发生键联,但通过对称操作可发生键联,则自动移动
到这一
对称位置
)
,再以寻找到的原子为中心一直重复到不能找到符合
条件的原子为止。使
用
uniq
命令后
,当前的原子表发生变化,以后的操作都只对这些独立出来的原子进行,可
使用
fmol
重新调用所有原子。
uniq
命令只能从结构中孤立出某个碎片,但若碎片本身并不完整,如通常所
说的只出现
―
一
半的结构
‖
,其另一半是通过对称操作产生出来的,此时可使用
grow
命令。
及
fuse
grow
命令使用当前的所有原子及所有的对称位置来对化合物进行扩展,若怀疑存在的
结构
不是完整的单元时可以使用这一指令:
假设结构中存在对称
面,
而在结构解释中只出现一半
的原子,
grow
命令就可找出另一半原子使得化合物的结构变得完整。
要记住
grow
出来的原
子是不能带
入下一步的修正,
必须把它删除
(
结构
解释中只能采用独立原子
)
。
此时可使
用
fuse
命令,该命令删除那些通过对称操作使的这个原子与
某一原子的间距小于
0.5
的原子。如:
S1
及
S1
通过对称操作产生的
p>
S1A
原子,此时检测
S1A
原子,它也可通过对称操作移到
S1
位置它跟
S1
的距离就变成
0.0
,因而
S1A
原子被删除。
pick
命令以图形显示当前原子表
的所有原子,投影角度与上次的
proj
相同。它按照当前原<
/p>
子表的顺序从下往上显示满足条件的原子并闪烁显示其周围的所有键,命令形式如下:
p>
pick keyword
其中
keyword
是可选择项,缺省的是全部原子。
被选定的原子在闪烁时,
XP
将显示其峰高
(
直接法及差
Fourier
的峰
高的标度不相同
)
及其周
围的键,此时
可以对这一原子进行操作:
键跳过这一原子,
键则忽略上一步操
< br>作并回退,
键忽略所有操作并返回,
>
键保存当前所有操作并返回,
del
键则有两
个用途:直接
删除原子,输入原子名称并
重命名原子
(
同时按照输入的名称重新
设置原子类
型
)
。
PI
CK
后的原子的排列顺序非常乱,此时可使用
SORT
命令来对原子进行重排。
该命令用于重新排序原子,通常需采用两条命令来完成原子排
序:
sort/n
/
按原子名称的序号排序
sort
$$e1 $$e2… /
按原子种类排序
虽然
pick
命令在运行时可显示出当前原子的成键情况,但这些数值中不包含因对称操作引
入的键
,
而且也不提供键角,
envi
可显示
某一原子周围的所有键及其键角,
其命令形式如下:
envi del keyword
其中
定义了成键距离
(br1+br2+del
,缺省值为
0.5)
,
keyword
可用于指定某一原子。
envi
的显示模式如下:
C3
C1
第一列显示成键原子名称,第二列显示其位置,第三列
显示键长,后面的则是相应的键角。
在观察键角时,可以把第一个原子写在第四列,第二
个原子,第五列.
.
.
,此时键角对应
的
原子就是相应行和列上的原子。
name
命令重命名某些原子,其命令格式为:
name oldname newname
[
.
.
.
]
在这个命令中,还可用
―
?
‖
来代替所有除空格外的字符,如:
name q? c?
将把
Q1
p>
到
Q9
的所有峰重命名为
< br>C1
到
C9(Q*
存在且
C*
不存在情况下
)
,同样还可用
q??
来
代表
Q10
到
Q99
的所有峰
。
kill
命令用来删除某些指定的原子,一类原子,一系列原子或所有原子。命令格式分别为:
kill S1 /
删除
S1
原子
kill $$s /
删除所有
S
原子
kill s1 to q5 /
删除
S1
到
Q5
的所有原子
(info
列出的顺序
)
氢原子由于弱衍射的缘故在
X-
射线数
据中是难以准确定位的,通常采用几何加氢并进行固
定的方式来处理氢原子。
hadd
提供了理论加氢功能,命令使用格式为:
hadd type dist U keyword
其中<
/p>
dist
及
U
分
别定义了
H
原子与母原子的间距及加上的
H
原子的温度因子值,通常被忽
略,
keyword
定义了要加氢的原子,可以是某些原子或某一类原子或者全部原子,
p>
type
定义
了加氢类型:
Type=
氢原子类型
1
叔碳氢
2
仲碳氢
3
伯碳氢
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