用电子摧毁物质可以快速映射化学结构

散发图像 在短短一天内，研究人员使用一种新技术来识别物质的化学结构，制定了抗生素硫链丝菌素(碳原子为灰色;氮，蓝;氧，红;硫，黄)。使用当前的方法，该映射可能需要数月或数年。

一小时的照相亭已经完成了分子比赛。通过采用一种确定蛋白质结构的技术，两个独立的团队以前所未有的速度绘制了抗生素，激素和其他化合物的化学结构。根据分子的不同，确定结构需要30分钟到一天，传统技术可能需要数月到数年。

这种方法可以帮助法医化学家和体育官员识别非法药物并加速制药商追求新药物。该作品于10月16日在Angewandte Chemie和10月17日在ChemRxiv.org在线发表。匹兹堡大学的有机和药物化学家Donna Huryn表示：“我对化学在很长一段时间内的发现并不感到兴奋。”“这将改变每个人的工作方式。”

对于分子科学家来说，了解他们正在使用的原子与原子的连通性至关重要。例如，制药公司如何验证药物的成分和纯度。但大多数辨别化学结构的技术都是间接的。加州理工学院的有机化学家，ChemRxiv研究的共同作者Brian Stoltz解释说，这就像拥有指纹，艺术家的素描和牙科记录。

与分子相机最接近的是一种称为X射线晶体学的技术。它涉及轰击一种晶体 - 由一个分子堆叠在一起的许多副本制成的微小冰糖 - 用X射线，并根据X射线如何从构成晶体的原子反弹来计算结构。但是，为这种方法创造足够大的晶体，一边至少50微米，可能需要数年时间并且并不总是有效。

来自一个几十年前的黄体酮瓶(左)的样品，应用于瑞士奶酪样样品架(左中)，在不到三分钟的电子轰击(右中)后产生一种图案，可以转化为其化学物质结构(右)。黄体酮的整个过程大约需要30分钟。

为避免这种规模的瓶颈，两支队伍分别向分子发射电子。加州大学洛杉矶分校的电子晶体学专家，ChemRxiv研究的共同作者Tamir Gonen说，X射线主要穿过物质，而电子则更容易从物质上反射回来。因此，可以从大约100纳米的晶体获得结构，远小于X射线晶体学所需的晶体。这种晶体肉眼看不见，但可以直接从货架上的化学品瓶中获得。

在Angewandte的研究中，瑞士Villigen的Paul Scherrer研究所的Tim Gruene和他的团队打开了一个含有活性和非活性成分混合物的冷药胶囊。并且，从一些粉末中，研究人员确定了内部对乙酰氨基酚的结构。Gruene说，之前解决的结构并不令人兴奋，但它来自混合成分的事实是。虽然不是每个分子都会产生所需的微小晶体，但犯罪实验室分析痕量样品可以发现这种技术很方便。Gruene说，它在有争议的药物专利案件中也很有用，因为该方法可以明确地验证碎石丸的结构。使用电子来映射结构并不是一个新想法。将2017年诺贝尔化学奖去的科学家谁使用这个概念与几十万个原子的映射蛋白质(SN：17年10月28日，第6页。)。一些研究人员之前已经获得了几十个原子的有机分子结构，但这些结果并没有在化学家中找到。

通过向化学家们阐明这种技术的价值，这些研究激起了化学博客和社交媒体的惊叹。加州大学洛杉矶分校的有机化学家Hosea Nelson表示，该团队需要花费几年的时间来克服技术障碍，但一旦有了，它就会在一个下午获得六到七个结构。

那时候，纳尔逊回忆道，“我们说 - 充满了咒骂 - 这是我们经历过的最激动人心的科学家日。”