Einführung

Allgemeines

Dieses Tutorial soll die gewöhnlichen Schritte der Strukturlösung und -verfeinerung eines 'Kleinmoleküls' (weniger als 100 Nicht-Wasserstoff-Atome), wie sie in jedem Projekt zur Vorlesung 'Anorganische Strukturchemie' vorkommen, erklären.

Optional können alle Schritte, die an der Beispielstruktur dieses Tutorials gezeigt werden, auch selber von Euch nachvollzogen werden, indem ihr Euch in das Verzeichnis ~/tutorial/user (bei Bedarf siehe Linux-Grundlagen) begebt und dort der Reihe nach die grünen Anweisungen in den hellblau unterlegten Textabsätzen (wie diesem hier) ausführt.

Alle Texte der Schritte 1-5 des Tutorials sind so gestaltet, daß Absätze, die sich auf durchführbare Aktionen beziehen, hellblau unterlegt sind, während der restliche Text die Abbildungen und sonstige Zusammenhänge erklärt. Zusätzliches kristallographisches Hintergrundwissen wird, wenn möglich, ausgespart
Solltet Ihr bei einem bestimmten Schritt oder einer einzelnen Operation 'hängen', könnt Ihr Euch die Dateien im Verzeichnis tutorial/save anschauen, die alles schonmal vorwegnehmen. Idealerweise sehen Eure Dateien in tutorial/user am Ende genauso aus.


Für Benutzer der Online-Version des Tutorials:

Die benötigten Start-Dateien (momo-new-unmerged.hkl und momo.cell) sowie sämtliche von uns angefertigte Dateien der Tutorial-Schritte können hier heruntergeladen werden:
tutorial.tar.gz
Die Dateistruktur des entpackten Archivs (gunzip, tar -xf benutzen) ist dieselbe wie beim Offline-Tutorial also Hauptverzeichnis tutorial sowie Unterverzeichnisse user und save.


Die Beispielstruktur

Des Titels der Vorlesung zum Trotz können in den Projekten auch mal organische Moleküle drankommen. So ist auch die Beispielstruktur rein organisch, es handelt sich um ein Ascorbinsäurederivat mit auffällig langer Alkyl(oxy)kette am Lactonring:

Das 3D-Modell stammt direkt von den finalen Atomkoordinaten der Strukturverfeinerung, zeigt Euch also schon mal das Ergebnis des Beispiel-Projekts. In Euren eigenen Projekten und mehr noch im 'wirklichen Leben' geht es dann schon etwas spannender zu, da man normalerweise nicht weiß, was einen erwartet ...

Programme und Dateien

Von Anfang bis Ende der Projekte arbeitet Ihr - rein technisch gesehen - mit Textdateien, die Ihr der Reihe nach mit verschiedenen Programmen bearbeitet. Alle Textdateien könnt ihr Euch unabhängig von den 'regulären' Arbeitsschritten jederzeit mit Texteditoren ansehen, empfohlen werden kate,vi oder emacs (siehe Linux-Tutorial oder spätere Kapitel). Die Textdateien enthalten entweder gemessene Röntgenreflexdaten (HKL-Dateien, später ggf. auch FCF-Dateien) oder Atomkoordinaten sowie einige Befehle für die Programme (INS- und RES-Dateien):

Oberes Schema gibt einen ersten Überblick auf die Abfolge der Programm-Anwendungen und den 'Informationsfluss' von Dateien zwischen den Programmen.

Ihr beginnt die Projekte zu einem Zeitpunkt, an dem das eigentliche Röntgenbeugungs- Experiment am Kristall, mit dem die Meßdaten (Reflexe) gesammelt wurden, schon abgeschlossen ist. Auch die 'Aufbereitung' der Daten - Integration, Sortierung sowie einige Korrekturen - sind schon gemacht worden. Resultat ist eine nicht-gemittelte HKL-Datei, hier momo-new-unmerged.hkl (siehe hierzu und zu 'XPREP' Tutorial Schritt 2). Neben den Zellparametern (und einigen chemischen Informationen) ist diese Datei das Einzige, was Ihr zu Beginn eines Projektes habt. Mit XPREP muss der Datensatz nach Bestimmung von Zellgeometrie und Raumgruppe gemittelt werden, um die Datenmenge zu reduzieren und die Qualität der Messdaten zu erhöhen. Fortan wird die neue HKL-Datei momo-new.hkl nicht mehr verändert, aber in jedem der folgenden Schritte wird sie zur Strukturlösung und Berechnung der Verfeinerung benötigt.
Das Programm SHELXS, das für die Reflexe Phasen bestimmt, um somit Elektronendichte berechnen zu können und die Struktur zu 'lösen' (Schritt 3), wird normalerweise wie XPREP nur einmal durchlaufen. Die erste Instruktionsdatei momo-new.ins enthält nur einige Befehle für SHELXS sowie die ungefähr zu erwartenden Atomsorten mit geschätzter Anzahl. Aus der Strukturlösung resultiert die erste Atomkoordinatendatei momo-new.res, die mit dem Programm XP graphisch dargestellt und bearbeitet wird. Hier ist erstmals die strukturchemische Interpretation des noch unvollständigen Molekülmodells durch den Benutzer gefragt (Schritt 4).
Prinzip der nun abwechselnden Verwendung von SHELXL und XP (oder eines Texteditors, wenn keine graphische Anzeige benötigt wird) ist die ständige Aktualisierung von INS- und RES- Dateien mit einem jeweils besseren Strukturmodell (Schritt 5). Dabei wird SHELXL für die rechnerische Parameterverfeinerung des Modells verwendet und eine neue RES-Datei erzeugt. Anschließend wird mit XP bzw. dem Editor der Inhalt des Modells (RES-Datei) verändert und neue Befehle für die nächste Verfeinerung in die neue INS-Datei geschreibt.

Nachdem Euch diese kurze Einführung hoffentlich einen ersten Überblick verschafft hat, geht es entweder direkt weiter mit XPREP in Schritt 2 oder mit dem optionalen Kapitel ueber Linux (empfohlen, falls ihr Euch damit noch nicht so gut auskennt).