Shelxle 结构解析和精修

SHELX Tutorial

Introduction

关于此教程

此教程的主要目的是介绍如何使用SHELX程序包，解析和精修一个小分子的晶体结构（少于200个非氢原子）。

我们推荐新手练习文档中的所有步骤。

步骤1-5中的所有的章节都遵循下注释：需要用户操作的使用蓝色背景。其它文本部分用于解释图标以及重要的晶体学概念。

本教程中使用的案例

典型的小分子结构通常是金属有机或者纯有机分子。本教程中使用的是VitC 的衍生分子：内酯环上连接一个长烷基链。

本图显示的是最终原子结构的3D模型。当然在你自己的操作过程中，可能会出现各种意想不到的事情。

程序和文件

在结构精修过程中，我们会使用Shelxle去编辑RES文件，从而准备下一轮精修的INS文件。RES文件和INS文件都可以使用任何文本编辑程序打开。

结构解析程序流程

本教程主要是对于结构解析和精修的介绍。前提是，X射线衍射实验已经完成，所有的衍射点数据都已经过指标化，还原和校正。通常衍射仪将会产生包含衍射数据的hkl文件（通常是SHELX格式）以及用于结构解析.ins文件。如果没有ins文件或者需要重新产生.ins文件，你也可以使用XPREP（BRUKER copyright）读取hkl文件，推断空间群并产生.ins文件。尤其对于一些结构，必须使用XPREP 重新指标化HKL文件中的衍射点，从何和正确的空间群相一致。比如本例子中的momo_unmerged.hkl.

利用XPREP，我们可以确定数据的Laue群以及初始的空间群，并且产生下一步SHELXT需要的指令文件mono.ins以及相应的HKL文件 mono.hkl。我们可以重新指标化HKL文件，也可以对分辨率做相应的截取。在接下来的结构解析步骤中，新产生的HKL文件不会被进一步修改，之后所有程序中都会使用到该文件。INS文件需要至少指定晶体结构中有哪些元素。

SHELXT程序用于解析相位，使用相位推断空间群，并且最大可能地根据电子密度图搭建初始模型。初始的解析结果文件名为mono_a.res，可使用Shelxle显示和编辑。而此时，初始的结构模型有可能并不是完全正确。用户需要使用Shelxle 仔细检查结构，特别是检查原子类型。

下一步，交替使用SHELXL和Shelxle，不断更新INS和RES文件，从而获得更好的结构模型。在这个步骤中，SHELXL会对模型进行最小二乘法精修（产生新的RES文件），而用户可使用Shelxle手动修改当前模型的内容，从而产生新的INS文件。

模型搭建和精修通常需要很多轮重复。当结构模型认为已经完成，最终的结果信息汇总在CIF文件中（Crystallographic Information File）。CIF文件可以使用CheckCif检查，或者使用PLATON等同的功能检查合理性和一致性。它会自动检查一些晶体结构需要Pass的标准。由于最后一些信息必须手动添加(编辑)到CIF文件中，清冽建议手动编辑之前复制文件。合理性检查的结果可以在CHK文件中找到（这是对于PLATON，网上的结果将直接在浏览器中显示)。

声明：此教程基本材料为Goettingen University的SHELX Tutorial，加入一些个人理解。如有出错的地方，请参见http://shelx.uni-goettingen.de/MC3-

tutorial/。教程中所有数据和图片版权均为Goettingen University所有，请勿作用于商业用途。

本文中所使用的程序调用方法是基于LINUX系统，WINDOWS系统大多使用鼠标点击即可。文中所使用的程序除XPREP之外，均可在SHELX官网下载公众版。XPREP 版权为Bruker公司所有（Bruker的用户拥有包括SHELX商业版程序（XS，XL，XT 等）在内的完整的软件包）。Shelxle为Goettingen University开发的免费的结构精修软件，可在Shelxle官网下载http://ewald.ac.chemie.uni-

goettingen.de/shelx/eingabe.php。

SHELX Tutorial

XPREP: Data analysis and modification HKL文件

所有的衍射数据都包含在momo_unmerged.hkl文件中。HKL文件包含了一系列的衍射点的数据信息。每一个衍射点代表着晶体不同的衍射晶面（hkl）。实验测得的衍射点信息用Miller指标 h k l，衍射强度 I以及它的误差 sigma（I）来表示

每一行信息对应着一个衍射点。前面的3列代表着衍射点的Bragg指标h，k，l，定义了衍射点代表的衍射晶面。后面的两列代表着衍射点的强度 I和相应的误差sigma （I）。最后一列代表着衍射点在哪一轮数据中收集

例子1: 衍射点（3 2 6）出现了三次，这表示该衍射点在实验中测试了3次。首先出现在第一轮数据中，该衍射点的测试强度I为57.80，误差大约6%。第二次出现在第三轮数据中，衍射点强度为50.34 ，误差大约7%。第三次出现在第4轮中强度为53.71，误差大约为6%。如果衍射点

测量多次，SHELXL在读取HKL文件时会对其进行平均，从而得到更精确的结果。

例子2：衍射点(2 2 6) 和(-2 -2 -6)在衍射图案中以中心对称的形式存在，称为Friedel pair。对于这些衍射点通常遵循Friedel’s Law：

I(hkl) = I(-h-k-l)

这个法则只在中心对称的空间群（晶胞中含有倒反中心）中完全成立。那么在中心对称的空间群中，'Friedel mates'的衍射点强度会被平均。如果一个结构不是中心对称的，重原子的反常散射就必须被考虑，Friedel's law 就不能完全成立，所以它们不会被平均。

例子3：衍射点(2 2 6), (2 2 -6), (2 -2 -6), (2 -2 6), (-2 -2 6) 以及(-2 -2- 6)是对称性相关的等效点。它们通过晶体空间群的对称操作相关。

在某些例子中XPREP会重写原有的HKL文件，因而在开始使用XPREP之前，我们需要对原始的HKL文件进行备份。特别是在某些情况下，XPREP会重新排列晶轴，因而最好使用一个新的名字来命名新产生的HKL文件，特别是在原始数据是按照错误的对称性合并时。

在当今的电脑和程序下，我们不再推荐合并数据。这样就有越多的信息保留在HKL文件中，效果也就越好。在产生最终CIF文件时，SHELXL需要采集这些信息产生统计指标。

XPREP（Bruker Copyright）

XPREP可以分析衍射数据的对称性，查看数据的统计指标，生成SHELXT需要的输入文件。如果数据的质量很高，没有问题，XPREP可以使用默认的选项进行。在大多数步骤中，用户只需要确认推荐的指令（回车）。当然，了解每一步代表的意义仍然很重要。

XPREP可以使用命令行xprep filename的方式打开。在这个例子

中xprep momo_unmerged。HKL文件会直接读取数据，进行分析。如果你使用的是Bruker的APEX2/3软件，或是Bruker的SHELXTL软件包，则可以直接点击打开，并选择HKL和p4p文件。

程序打开后，如下图所示：