培養(yǎng)單晶有那些方法和技巧？

單晶結(jié)構(gòu)是用來了解晶型的晶體結(jié)構(gòu)和確定藥物分子的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)最具說服力的數(shù)據(jù)，但培養(yǎng)單晶通常很有挑戰(zhàn)性，需要耐心和細(xì)心?？蒲腥藛T需要具有很高的晶體生長技巧和豐富的單晶培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，能根據(jù)藥物分子的物化性能選擇最適合的結(jié)晶方法。

單晶培養(yǎng)方法包括溶劑揮發(fā)法，冷卻結(jié)晶法，蒸氣擴(kuò)散，液-液擴(kuò)散法，懸滴法，升華法，共晶生成法等。單晶培養(yǎng)的方法多種多樣，常用的有溶劑緩慢揮發(fā)法，液相擴(kuò)散法和氣相擴(kuò)散法。99％的單晶是 用以上三種方法培養(yǎng)出來的。  

單晶培養(yǎng)所需樣品用量   一般以10－25mg為佳，假如你只有2mg左右樣品，也沒關(guān)系，但這時(shí)就要選擇液相擴(kuò)散法 和氣相擴(kuò)散法，不能使用溶劑緩慢揮發(fā)法。  

單晶培養(yǎng)的樣品的預(yù)處理  

樣品溶解后一定要過濾，不能用濾紙，而是用一小團(tuán)棉花輕輕的塞在滴管的中下部或下部， 不要塞太緊，否則流的太慢。樣品當(dāng)然是越純?cè)胶?，不過假如實(shí)在沒辦法弄純也沒關(guān)系，培 養(yǎng)一次就相當(dāng)于提純了一次，我經(jīng)常用一些TLC顯示有雜點(diǎn)的東西長單晶，但得多養(yǎng)幾次。 一定要做好記錄   一次就得到單晶的可能性比較小。因此最好的方法就是在第一次培養(yǎng)單晶的時(shí)候，采取少量 多溶劑體系的辦法。

假如你有50mg樣品，建議你以5mg為一單位， 這樣你可以同時(shí)實(shí)驗(yàn) 10種溶劑體系，而不是選兩種溶劑體系，每個(gè)體系25mg。這是做好記錄就非凡重要，以免 下次又采用已經(jīng)失敗的溶劑體系，而且單晶解析 時(shí)必須知道所用的溶劑。

培養(yǎng)單晶時(shí)，最好放到?jīng)]人碰的地方，這點(diǎn)大家都知道。我想說的是你不能一天去看幾次 也不能放在那里5，6天不管。也許有的溶劑體系一天就析出了晶體，結(jié)果5天后，溶劑全 干了。一般一天看一次合適，看的時(shí)候不要?jiǎng)铀Ｃ黠@不行的體系 （如析出絮狀固體）就要重新用別的溶劑體系再重新培養(yǎng)。液相擴(kuò)散法中良溶劑與不良溶劑的比例最好為1：2－1：4。 烷基鏈超過4個(gè)碳的很難培養(yǎng)單晶。  

分子中最好不要有叔丁基，因?yàn)檩p易無序，影響單晶解析的質(zhì)量。   含氯的取代基一般輕易長單晶，如4－氯苯基取代化合物比苯基取代化合物輕易長單晶。

單晶培養(yǎng)－無水無氧條件下的單晶培養(yǎng)，麻煩的方法我就不說了，最簡單的方法就是將 你的固體樣品加入一帶橡皮塞的容器（最常用的就是核磁管，塞子不是 我們常用的硬塞子， 而是軟的橡皮塞（隨便什么塞子都行，只要能密封且能扎針頭），先抽真空，然后通氮?dú)猓?再用注射器加入良性溶劑，充分溶解（超聲），然后 再用注射器沿器壁加入不良溶劑即可。你將會(huì)發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)單晶不僅需要耐心，而且還需要一雙靈巧的雙手。結(jié)晶過程對(duì)溫度和其它 輕微的擾動(dòng)都非常敏感。因此，應(yīng)該在相似的條件下多嘗試幾個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)溫度，并為單晶的生長尋找一個(gè)沒有干擾的安靜環(huán)境。

方案＃1   ● 有時(shí)好的單晶僅需冷卻溶液即可生長。你也可以嘗試加熱溶液至所有物質(zhì)完全溶解，達(dá)到過飽和，再慢慢地使其冷卻。  

方案＃2   1）選取一種可以溶解你的目標(biāo)化合物的溶劑，制成飽和溶液。   2）如果有必要，可以通過過濾除去其中的不溶性雜質(zhì)。對(duì)于少量溶液，可使用一種有效的 過濾器，其制備方法是：將玻璃毛（甚至可以用面巾紙）塞入一根一次性Pasture滴管中， 然后填入一英寸左右助濾物（如硅藻土Celite）。用新鮮溶劑濕潤硅藻土，然后用球形壓力 器將溶液壓過該管進(jìn)行過濾。   3）尋找另一種溶劑，使目標(biāo)化合物在其中不溶解（或僅微量溶解），而且這種溶劑能夠和 前一種溶劑混溶，并具有較低的密度。   4）將第二種溶劑小心地鋪在小瓶中飽和溶液的上面。在兩相界面上可看到一些混濁物。單 晶將會(huì)沿著這個(gè)界面生長。

方案＃3   ● 將盛有飽和溶液的小瓶放置在另外一個(gè)較大的瓶中。 在外面的大瓶中加入第二種溶劑并且 蓋緊蓋子。第二種溶劑將會(huì)慢慢地?cái)U(kuò)散到飽和溶液中，晶體就會(huì)出現(xiàn)了！為了進(jìn)一步減慢這 個(gè)過程，可將這個(gè)擴(kuò)散裝置放在冰箱中。 可以嘗試的溶劑系統(tǒng)：   CH2Cl2／乙醚或戊烷 ，THF/乙醚或戊烷 甲苯/乙醚或戊烷 水/甲醇 CHCl3/正庚烷  

金屬配合物單晶的培養(yǎng)  

單晶培養(yǎng)的具體操作方法：四條注重事項(xiàng)：1、結(jié)晶容器的選擇（敞口燒杯，既不能用從未 使用過的新燒杯，也不能用很舊的燒杯。可能原因?yàn)?，燒杯太新，不利?晶核的形成，而 太舊則形成晶核的部位太多，不利于單晶的生長。） 2、溶劑的選擇（合適的溶劑將物質(zhì)溶 解，溶解性不能太好也不能太差且具有一定的揮發(fā)性，不能揮發(fā)太快也不能太慢）3、結(jié)晶 速度（盡量慢的讓溶劑揮發(fā)，一旦 析出結(jié)晶，過濾，可能得到單晶也可能是混晶，千萬別 用母液洗晶體）4、環(huán)境的選擇（放在一個(gè)平穩(wěn)的地方，千萬不能有一絲一毫的震動(dòng)，否則 即使得到單晶也全 完了）。 方法一：揮發(fā)   用金屬配合物的良溶劑將其溶解在小燒杯中，小燒杯的內(nèi)表面越光滑單晶性越好，否則晶體 外形不好缺陷多就會(huì)給后面的收單晶衍射數(shù)據(jù)帶來麻煩，甚至?xí)斐蔁o法 解晶體結(jié)構(gòu)，那 將是非常可惜的；燒杯用濾紙或塑料薄膜封口防止灰塵落入，同時(shí)減慢揮發(fā)速度，長出較好 晶形的單晶，一般揮發(fā)性稍差的溶劑用濾紙，如，水等。 靜置至發(fā)現(xiàn)滿足的晶體出現(xiàn)。 方法二：擴(kuò)散   用金屬配合物的良溶劑將其溶解在小燒杯或廣口瓶中，塑料薄膜封口（用針戳3-5個(gè)小孔）， 放于盛有該金屬配合物的揮發(fā)性不良溶劑（一般用乙醚）的大瓶子中。靜置至發(fā)現(xiàn)滿足的晶 體出現(xiàn)。   方法三：分層   將金屬的水溶液放于試管下層，配體的有機(jī)溶劑溶液放于試管上層，中間是水和有機(jī)溶劑的 混合溶劑，封口。操作要小心，最好是用滴管伸進(jìn)試管靠近液面緩慢滴加。靜置至發(fā)現(xiàn)滿足 的晶體出現(xiàn)。JPt 化學(xué)化工資源導(dǎo)航  

以上是我在培養(yǎng)配合物單晶常用的方法，一般是幾種方法同時(shí)做，不是每種方法都能或總能培養(yǎng)出單晶，更多的是取決于配合物的結(jié)晶性好壞?？傊褪嵌嘣嚕翰煌臏囟?、溶劑、混 合溶劑的比例  

1.制備結(jié)晶，要注重選擇合宜的溶劑和應(yīng)用適量的溶劑。合宜的溶劑，最好是在冷時(shí)對(duì)所需 要的成分溶解度較小，而熱時(shí)溶解度較大。溶劑的沸點(diǎn)亦不宜太高。一般常用甲醇、丙酮、 氯仿、乙醇、乙酸乙醋等。但有些化合物在一般溶劑中不易形成結(jié)晶，而在某些溶劑中則易 于形成結(jié)晶。  

2.制備結(jié)晶的溶液，需要成為過飽和的溶液。一般是應(yīng)用適量的溶劑在加溫的情況下，將化 合物溶解再放置冷處。假如在室溫中可以析出結(jié)晶，就不一定放置于冰 箱中，以免伴隨結(jié) 晶析出更多的雜質(zhì)。“新生態(tài)”的物質(zhì)即新游離的物質(zhì)或無定形的粉未狀物質(zhì)，遠(yuǎn)較晶體物質(zhì) 的溶解度大，易于形成過飽和溶液。一般經(jīng)過精制的 化合物，在蒸去溶劑抽松為無定形粉 未時(shí)就是如此，有時(shí)只要加入少量溶劑，往往立即可以溶解，稍稍放置即能析出結(jié)晶。

3.制 備結(jié)晶溶液，除選用單一溶劑外， 也常采用混合溶劑。一般是先將化合物溶于易溶的溶劑 中，再在室溫下滴加適量的難溶的溶劑，直至溶液微呈渾濁，并將此溶液微微加溫，使溶液 完全澄清后放置。  

4.結(jié)晶過程中，一般是溶液濃度高，降溫訣，析出結(jié)晶的速度也快些。但是其結(jié)晶的顆粒較 小，雜質(zhì)也可能多些。有時(shí)自溶液中析出的速度太快，超過化合物晶核 的形成勸分子定向 排列的速度，往往只能得到無定形粉未。有時(shí)溶液太濃，粘度大反而不易結(jié)晶化。假如溶液 濃度適當(dāng)，溫度慢慢降低，有可能析出結(jié)晶較大而純度 較高的結(jié)晶。有的化合物其結(jié)晶的 形成需要較長的時(shí)間。  

5.制備結(jié)晶除應(yīng)注重以上各點(diǎn)外，在放置過程中，最好先塞緊瓶塞，避免液面先出現(xiàn)結(jié)晶， 而致結(jié)晶純度較低。假如放置一段時(shí)間后沒有結(jié)晶析出，可以加入極微 量的種晶，即同種 化合物結(jié)晶的微小顆粒。加種晶是誘導(dǎo)晶核形成常用而有效的手段。一般地說，結(jié)晶化過程 是有高度選擇性的，當(dāng)加入同種分子或離子，結(jié)晶多會(huì) 立即長大。而且溶液中假如是光學(xué) 異構(gòu)體的混合物，還可依種晶性質(zhì)優(yōu)先析出其同種光學(xué)異構(gòu)體。沒有種晶時(shí)，可用玻璃棒蘸 過飽和溶液一滴，在空氣中任溶劑揮 散，再用以磨擦容器內(nèi)壁溶液邊緣處，以誘導(dǎo)結(jié)晶的 形成。如仍無結(jié)晶析出，可打開瓶塞任溶液逐步揮散，慢慢析晶?；蛄磉x適當(dāng)溶劑處理，或 再精制一次，盡可能 除盡雜質(zhì)后進(jìn)行結(jié)晶操作。  

6.在制備結(jié)晶時(shí)，最好在形成一批結(jié)晶后，立即傾出上層溶液，然后再放置以得到第二批結(jié) 晶。晶態(tài)物質(zhì)可以用溶劑溶解再次結(jié)晶精制。這種方法稱為重結(jié)晶法。 結(jié)晶經(jīng)重結(jié)晶后所 得各部分母液，再經(jīng)處理又可分別得到第二批、第三批結(jié)晶。這種方法則稱為分步結(jié)晶法或 分級(jí)結(jié)晶法。晶態(tài)物質(zhì)在一再結(jié)晶過程中，結(jié)晶的析出 總是越來越快，純度也越來越高。 分步結(jié)晶法各部分所得結(jié)晶，其純度往往有較大的差異，但常可獲得一種以上的結(jié)晶成分， 在未加檢查前不要貿(mào)然混在一起。  

7.化合物的結(jié)晶都有一定的結(jié)晶外形、色澤、熔點(diǎn)和熔距，一可以作為鑒定的初步依據(jù)。這是非結(jié)晶物質(zhì)所沒有的物理性質(zhì)。

化合物結(jié)晶的外形和熔點(diǎn)往往因所用 溶劑不同而有差異。 原托品堿在氯仿中形成棱往狀結(jié)晶，熔點(diǎn)207℃；在丙酮中則形成半球狀結(jié)晶，熔點(diǎn)203℃； 在氯仿和丙酮混合溶劑中則形成以上兩種晶形 的結(jié)晶。所以文獻(xiàn)中常在化合物的晶形、熔 點(diǎn)之后注明所用溶劑。一般單體純化合物結(jié)晶的熔距較窄，有時(shí)要求在 0．5℃左右，假如 熔距較長則表示化合物不純。

無水無氧條件下的單晶培養(yǎng)

(1) 溶劑的選擇與加入方法   在單晶的培養(yǎng)過程中，我走了與正常結(jié)晶相反的路子。通常是用適量極性大的溶劑提取你的反應(yīng)物質(zhì)，然后再滴加少量的極性小的溶劑，放置結(jié)晶。這樣做的結(jié) 果是結(jié)晶很慢，而 且是結(jié)晶的收率不高。而我用的方法是背道而行。先用極性小的溶劑提取。根據(jù)你的反應(yīng)物 質(zhì)量，加入適量的極性小的溶劑，不能全溶解，就加入 適量的極性大的溶劑(注意：切不可 多加)，如果此時(shí)還有少量沒有溶解，A)你可以再加重復(fù)極性小的溶劑，再加極性大的溶劑。 直到全溶解；B)也可以微熱溶 解(如果你的樣品是熱穩(wěn)定好的話)這樣的做法是非常好結(jié)晶 的，不信你試試看，如果你晚上做的這樣的操作，第二天早上你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的晶體已經(jīng)長出來 了。C)微 熱還有些沒溶解，就直接過濾。這樣也可以很快結(jié)晶。但是會(huì)損失些產(chǎn)物。

（2）溫度的選擇   上面談了溶劑的選擇，和加入順序。現(xiàn)在我再來說說溫度的選擇。   溶劑加入后就要選擇放那里結(jié)晶了 。你不能總認(rèn)為溫度越低越好，要想得到好的晶體，溫 度的選擇很重要的！??！首先放在室溫（必須無外界震動(dòng)）一兩天看看，有無結(jié)晶，如有結(jié)晶 說明室溫就能結(jié) 出好晶體，無需放之低溫。如果室溫不結(jié)晶，再放如 0 度。過兩天看看， 再不行，－5 度，－10 度，－15 度，－20 度，－30 度，我想，這些條件大家實(shí)驗(yàn)應(yīng) 該不 難。如過你一開始放于低溫可能結(jié)晶很快但的不到好的晶體?？赡苁嵌嗑?，而不是單晶。長 晶體過程千萬不能震動(dòng)。有條件的單獨(dú)一間房間來結(jié)晶最好。   低溫結(jié)出的晶體再送測(cè)試前要處理，不能那出來就去測(cè)。 為什么？？？ 大家想啊。。。   拿出來到室溫，不是溫度升高了嗎？那晶體就可能融化了 （我作過這樣的蠢事），首先你的 去掉部分溶劑才行。只留少許即可。對(duì)水，氧氣敏感的的用惰性氣體如N2,Ar0保護(hù)。）起來 再轉(zhuǎn)移溶劑。轉(zhuǎn)移完再?zèng)_N2下關(guān)畢你裝晶體的容器活塞。去測(cè)試，這樣就不會(huì)化了。

(3)利用溶劑的揮發(fā)   無水無氧要求的金屬配合物這種情況的培養(yǎng)單晶要求有手套箱，在手套箱里（有這樣的條 件），你可以用 schlenk 瓶、小燒杯、以及核磁管來用作結(jié)晶的工具。容器的口部用封模封 好。然后上面用細(xì)針扎幾個(gè)小眼用來揮發(fā)溶劑。不幾天你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的容器內(nèi)辟會(huì)生長出晶體 來。容 器的內(nèi)表面越光滑單晶性越好，否則晶體形狀不好缺陷多就會(huì)給后面的收單晶衍射 數(shù)據(jù)帶來麻煩，甚至?xí)斐蔁o法解晶體結(jié)構(gòu)，那將是非?？上У?；要強(qiáng)調(diào)的是用 Schlenk及 核磁管這兩種容器用來結(jié)晶是最好的。為什么呢？？做無水無氧的人知道 schlenk 是無水無 氧操作的專用瓶。它有側(cè)活塞用來開關(guān)瓶與外界 的相通。所以操作方面很好。在你獲得很 好單晶后你要從手套箱里拿出來啊，如果你用別的容器，可能那些對(duì)空氣特別敏感的物質(zhì)就 不能夠穩(wěn)定到你測(cè)量完晶體結(jié) 構(gòu)。同樣很小的核磁管也很好封的。而且它要的量很少。不 浪費(fèi)樣品。如果沒有手套箱的話，可能這個(gè)方面就不太適用（對(duì)于對(duì)水，氧敏感的物質(zhì)。

（4）利用極性?。ㄈ芙舛刃。┑娜軇?  你的反應(yīng)結(jié)束后，用極性大的溶劑提取后。再進(jìn)行濃縮恰好到有溶質(zhì)析出時(shí)為此（此時(shí)因減 壓濃縮體系內(nèi)的溫度應(yīng)該低于外界）等到溫度升到室溫，拿到手套箱內(nèi)， 用針筒向上面的 溶液面上輕輕的滴加幾滴極性小的（溶解度小的）溶劑。這樣處理完你會(huì)很易得到很好的晶 體的。此時(shí)如果你細(xì)心的話你會(huì)發(fā)現(xiàn)，你的晶體結(jié)晶時(shí)是 從液面開始的。為什么？？？仔 細(xì)想。  

以上是我在培養(yǎng)要求比較苛刻有機(jī)金屬配合物單晶常用的方法，一般是幾種方法同時(shí)做，不 是每種方法都能或總能培養(yǎng)出單晶，更多的是取決于配合物的結(jié)晶性好壞。總之就是多試： 不同的溫度、溶劑、混合溶劑的比例……   總之，單晶的培養(yǎng)溶劑的選擇很重要，有些時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)你選擇的溶劑不同，即使你很溶劑 得到晶體，但是晶體的形狀會(huì)各不相同的。甚至有些時(shí)候你得到的晶體不 是規(guī)則的，或是 細(xì)長的針狀的，所以溶劑的選擇很重要。我總結(jié)出來，一般我做反應(yīng)時(shí)候用極性相對(duì)大些的 甲苯、乙醚、THF 等。再結(jié)晶時(shí)候用極性小些正己烷、 以及正己烷與甲苯的混合溶劑，或 其它的混合溶劑。

晶體的生長是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過程，由化合物的內(nèi)因（分子間色散力偶極力及氫鍵）與外因（溶 劑極性、揮發(fā)或擴(kuò)散速度及溫度）決定。晶體的培養(yǎng)實(shí)質(zhì)是一個(gè)飽和溶液 的重結(jié)晶過程，使溶液慢慢飽和的方法（如溶液揮發(fā)、不良溶劑的擴(kuò)散及溫度的降低）都可。有些化合物易 結(jié)晶，經(jīng)常有人將無機(jī)鹽晶體去檢測(cè)的例子（無機(jī)鹽易結(jié) 晶）。

有以下兩種方法較常用：

1) 揮發(fā)溶劑法：   將純的化合物溶于適當(dāng)溶劑或混和溶劑。(理想的溶劑是一個(gè)易揮發(fā)的良溶劑 和一個(gè)不易揮發(fā)的不良溶劑的混和物。)此溶液最好稀一些。用氮/氬鼓泡 除氧。容器可用橡膠塞(可緩慢透過溶劑)。為了讓晶體長得致密，要揮發(fā)得 慢一些，溶劑揮發(fā)性大的可置入冰箱。大約要長個(gè)幾天到幾星期吧。  

2) 擴(kuò)散法：   在一個(gè)大容器內(nèi)置入易揮發(fā)的不良溶劑(如戊烷、已烷)，其中加一個(gè)內(nèi)管，置入 化合物的良溶劑溶液。將大容器密閉，也可放入冰箱。經(jīng)易揮發(fā)溶劑向內(nèi)管擴(kuò)散 可得較好的晶體。時(shí)間可能比揮發(fā)法要長。  

另外如果這一化合物是室溫反應(yīng)得到，且產(chǎn)物比較單一，溶解度較小，可將反應(yīng)物 溶液分兩層放置，不加攪拌，令其緩慢反應(yīng)沉淀出晶體。   容易結(jié)晶的東西放在那里自己就出單晶，不容易結(jié)晶的怎么弄也是不出。好像不是想做就能做出來的。   首先看一下產(chǎn)物的溶解度，將產(chǎn)物抽干后用良性溶劑溶解成飽和溶液 （如用二氯甲烷），然后加入相同體積的不良性溶劑，若產(chǎn)物不穩(wěn)定應(yīng)在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行操作，完成后置于冰箱中冷凍至單晶析出，或直接用惰性氣體鼓泡直至單晶析出。