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晶体日记(十六)迷惑的手性?

布鲁克X射线部门
2023.3.03

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说实话,我一直搞不清分子内部的手性,R/S, L/D...如果不是借助于软件,我大概率会识别错。所以不要跟我没有上过大学化学的人一般见识,讨论这些东西还好这并不妨碍晶体学实验。况且我一直以为手性是个小众的话题,并不复杂,然而却总是遇到一些“啼笑皆非”的事情。

我不知道在晶体学教学里,关于Flack系数是如何教学的。Flack x 不知道为什么变成了绝对的数值,甚至变成了是精修的事情。至少好多同学们忽略了这是个有一定不确定度的数值。Flack 值分为两个部分,Fx and u (uncertainty)。可为什么偏偏是u被忽略呢?90%的同学在提问问题的时候,“绝口不提”关于u的数值。

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Flack系数讨论

有个同学问我说:“老师,我这个flack 值都已经是0了,为什么审稿人说我没有确定手性?审稿人这不是无理取闹吗?

“这个… 你的不确定度u是多少呢?”
“u是什么?”
“...就是Flack值后面的括号里的数值… 你看下具体是怎么写的?”
“我找一下… Flack x =  0.0(9)
“这个… 括号里是9,标准差u=0.9,3u=2.7,误差那么大,你的0有什么意义呢?”
“不懂… 不是x接近于0就行了么?师兄就是这么教的”
“…去书上找找答案吧,书上比你师兄教的好…”
如果我是审稿人,我可能会觉得有些好笑,却又习以为常。我们的好多教学就是这样,教了一个概念,却几乎没有解释这个概念到底是怎么回事。于是就只记住了所谓的关键部分,而忽略了真正的重要部分。

无独有偶,在某论坛里,同样的问题,居然有那么多的跟帖说可以确定手性,x小于0.3就行,要跟审稿人argue…


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科学分析说明

严格来说,我们并没有测定分子的手性,我们测定的是晶体的绝对结构。所以Flack x只是表征了晶体的手性or极性(坐标系,绝对结构),进而我们才去推导分子的手性。XL中的Flack x的计算方法现在也有两种, classical fit to all intensities 以及selected quotients (Parsons'' method)。此外还有原理上类似的Hooft 方法。既然有这么多方法来帮助判定手性,那么就一定有存在的理由。至于具体数学算法上的事情,那是真正科学家的事情,我等只有看的份。通常情况下好的数据,Flack x ,Hooft y,Parsons z 给出的数值都会站在一边。然而对于一些测试上没有过关,质量不好,或者有难度的数据,它们就不一定站在“一边”了。而问题大多依旧出在u的数值上。

比如这个数据:

Flack x = 0.045(571) by classical fit to all intensities

Flack x = 1.080(999) from 1517 selected quotients (Parsons'' method)

Hooft y: 0.1(9), Flack x: 1.1(10)


乍一眼看去,坏了,两种答案给出了相反的答案。科学家要打架了。而实际上并没有那么神奇,它们并没有出错,而是在u不靠谱的情况下,任何数值都没有意义。误差大了就什么都不可靠了,所以之前提到的多重度也就是这个道理。

有位老师给出了一句特别好玩的评论,分享如下:

When you are living on the edge of the "error" cliff the most likely way you will fall is down. However if Quantum science has taught us anything, then there is a very small chance that you might just fall upward (fly).

不过偶尔我们也会遇到u值很小,但Flack给出相反的答案的情况。比如曾经遇到过的数据:

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出于某种原因,一些软件读取的Flack值只有Parsons’ Method 。虽然结构精修会提示哪一种方法给出的更可靠。这时,我们可能会天真的认为这是个手性大部分对的倒反孪晶。然而两个相反的答案会告诉我们,这个结论完全不成立。而在反转了结构后,两种方法才给出了同样的答案。其实手性是反过来的(时间太久,没有做好备份..已丢失最后的结果)。
当然有时候只是数据处理的问题,比如孪晶。孪晶拆分前: Flack x = 0.15(25),孪晶拆分后:Flack x = 0.06(9)

不过实话说,对于手性,一直以来我还是狭隘了。虽然概念上确实手性是个立体的概念。但涉及到分子,就狭隘到了手性中心,一时间似乎觉得自己又变成了二维生物无法理解三维世界。后来理解了一旦有原因,造成了某个分子和它的镜像分子无法重叠。那么这个分子就是手性的。这个原因可以是点,线,面,体;对应着0维,1维,2维,3维。

7273d945fdb3c7fc49c76b6b79ea0b27.jpeg1 基于点、线(轴)、面和体的手性分子 

图片来源:https://www.zhihu.com/question/340586101



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总结

但是不管是什么样的手性,在晶体里永远躲不开绝对结构的概念,不然就不能确定手性。至少在我的理解范畴之内,所有的手性都没有什么区别。所以诸如中心对称的空间群确定分子的面手性,无异于天方夜谭。所以简单下来,手性就只是数学上的概念了,知道怎么回事也就不迷惑了。





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