Статистический анализ строения кристаллогидратов органических соединений по рентгенодифракционным данным тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ



На правах рукописи

БАНАРУ АЛЕКСАНДР МИХАИЛОВИЧ

СТАТИСТИЧЕСКИМ АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ КРИСТАЛЛОГИДРАТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПО РЕНТГЕНОДИФРАКЦИОННЫМ

ДАННЫМ

02.00.04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 2009

1 О ДЕК 2009

003487804

Работа выполнена в лаборатории кристаллохимии кафедры физической химии Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор химических наук

Словохотов Юрий Леонидович

Официальные оппоненты: доктор химических наук

Кузьмина Людмила Георгиевна Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН

кандидат химических наук Рыбаков Виктор Борисович

Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова

Ведущая организация: Институт элементоорганических соединений

имени А.Н. Несмеянова РАН

Защита диссертации состоится «18» декабря 2009 года в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.90 по химическим наукам при МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 3, Химический факультет МГУ, ауд. 446.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «17» ноября 2009 года.

/'/ —-/> ¡(cJXí __

Ученый секретарь диссертационного совета, О {/■ <-■

кандидат химических наук Бобылева М.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Водородные связи, формируемые молекулами воды в конденсированных фазах, издавна привлекают внимание исследователей. Основной интерес связан с изучением строения жидкой воды и гипотезой существования в ней флуктуирующих конечных либо бесконечных водных мотивов, способных влиять на ход многих процессов в водной среде. Гидрофобная гидратация инертных газов, метана и ряда других органических соединений (например, солей тетраалкиламмония) приводит к образованию упорядоченных каркасных структур, называемых клатратными гидратами; некоторые из них устойчивы до комнатной температуры при атмосферном давлении. В 1961 г. Полинг и Миллер предположили, что химически инертные малые молекулы (CHCI3, N20, Хе и др.) обладают анестезирующим действием именно благодаря возникновению клатратных гидратов в их водном окружении в живом организме, вследствие чего может происходить блокировка ионных каналов, проводящих нервные импульсы. Гипотеза о структурировании водной среды как общей основе механизма физиологической активности продолжает обсуждаться в научной литературе.

Перспективными модельными соединениями для исследования структурирования водной среды in vivo являются кристаллогидраты органических соединений Y-nH20, где Y - органическая компонента кристалла. В настоящее время Кембриджский банк структурных данных (CSD) содержит более 11 тысяч структур таких кристаллов с координатами атомов, включая 3 тыс. кристаллогидратов с измеренной температурой разложения. В некоторых веществах данного класса присутствуют водные мотивы, аналогичные фрагментам кристаллических модификаций водного льда, в том числе образующихся при высоком давлении вплоть до 10-20 Мбар. Причины формирования того или иного водного ассоциата в кристаллогидрате в современной литературе практически не обсуждаются. Поэтому статистический анализ имеющихся данных по строению кристаллогидратов

У-иН20 может дать важную новую информацию о вероятности формирования различных водных мотивов в окружении молекул органических и биоорганических соединений, о факторах, определяющих устойчивость таких мотивов, и о возможности их образования в физиологических условиях.

Целью работы является определение ключевых факторов, регулирующих типы водных мотивов в кристаллогидратах и их термическую устойчивость. Для достижения этой цели были выполнены анализ строения кристаллогидратов по Кембриджскому банку, статистический анализ распространенности различных водных мотивов в найденных структурах, кристаллохимический анализ преобладающих мотивов (Н20)т и их описание на основе теории графов. Было проведено исследование 7с-резонансной стабилизации водородных связей в кристаллогидратах методом структурных корреляций.

На защиту выносятся:

1. Структурная классификация систем водородных связей в кристаллогидратах на основе концепции протоноизбыточности.

2. Установленная корреляция топологии водного мотива в кристаллогидрате со строением органических молекул и природой их центров водородных связей.

3. Гипотеза о зависимости термической устойчивости кристаллогидратов от к-резонансной стабилизации их системы водородных связей.

Научная новизна. В работе впервые проведен анализ связи топологии водных мотивов с составом кристаллогидрата на основании введенной нами величины протоноизбыточности водного мотива. Установлены стехиометрические условия возникновения протяженных мотивов (Н20)х и факторы их стабилизации (насыщение Н-связей, разделение зарядов). Выявлена зависимость температурной стабильности кристаллогидрата от числа л-резонансных структур органической молекулы, отвечающих локализации зарядов на ее центрах Н-связывания. Показано, что л-резонансное сопряжение донора и акцептора водородной связи, как правило, достаточно для формирования протяженного Н-связанного ассоциата органических молекул.

Практическая значимость. Предложенный в работе подход к анализу водных мотивов в кристаллогидратах и найденные для них корреляции «состав-структура» могут быть полезны в кристаллоинженерии для получения мотивов заданной топологии. Обнаруженные закономерности могут использоваться при моделировании ассоциации молекул воды в гидратной оболочке биоорганических молекул. Установленная нами стабилизация Н-связанных мотивов с участием молекул воды может учитываться при прогнозировании биологической активности новых органических соединений.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на VI Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (Москва, 2007); XIV Симпозиуме по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Челябинск, 2008); XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», секция «Химия» (Москва, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах и 2 тезисов конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы (141 наименование). Работа изложена на 205 страницах, содержит 19 таблиц и 84 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении очерчены актуальность, цели и задачи настоящей работы. Охарактеризована ее научная и практическая новизна, представлены сведения об апробации работы.

Первая глава представляет собой обзор литературы по использованию Кембриджского банка для анализа закономерностей строения органических

молекул и кристаллов. Наибольшее внимание уделяется водородным связям, в особенности образованным молекулами воды. Последовательно рассмотрены современные представления о строении клатратных и неклатратных полигидратов, составляющие на данный момент две достаточно независимые области исследований. Кратко охарактеризованы наиболее часто применяемые методы статистической обработки структурных данных.

Во второй главе обоснованы использованные критерии выбора структур кристаллогидратов Y«H20 и общие критерии достоверности структурных данных в классе молекулярных кристаллов органических соединений.

Методика составления выборок

В работе использованы версия CSD 5.28 и прилагающееся к ней программное обеспечение. Для анализа геометрии водных мотивов составлялись выборки структур с депонированными 3D-координатами атомов, не содержащих ошибок и разупорядоченных позиций атомов О. В расчетах геометрических параметров вводились допонительные ограничения на точность (R < 0,06). Структуры визуализировали с помощью программ ХР (комплекс SHELXTL) и Mercury. Гистограммы и диаграммы рассеяния (scatterplots) структурных параметров строили по программе VISTA 2.1, ван-дер-ваальсовы объемы компонентов кристалла рассчитывали по программе PLATON. Факторный анализ проводился в приложении StatistiXL 1.7 к MS Excel. Гистограммы РРА рассчитывали по программе XRAYFAST, написанной И.С. Неретиным. К водородным связям относили контакты Н2О...ОН2 в упорядоченных мотивах (Н20)т с расстояниями О...О, лежащими в интервале 2,5-3, i А(р ис. 1).

Всего в CSD содержится свыше 11 тыс. структур гидратов органических соединений с ЗО-координатами. Для детального кристаллохимического анализа были отобраны все достоверно установленные структуры органических гомогидратов Y-nH20 с п = 3,4, 5, 6 и (учитывая убывание числа структур с увеличением п) структуры гомо- и гетерогидратов с п = 7, 8, 9, 10. Всего было

рассмотрено строение 426 соединений: 158 тригидратов, 89 тетрагидратов, 23 пентагидратов, 33 гексагидратов, 43 гептагидратов, 43 октагидратов, 27 нонагидратов и 10 декагидратов. Также составлялись частные выборки структур полигидратов циклодекстринов, клатратных гидратов (CSD) и водных льдов по неорганическому банку структурных данных (ICSD версии 2008 г.).

N

Рис. 1. Гистограмма длин контактов Н2О...ОН2, Â, в кристаллогидратах без разупорядоченности. Выделена область контактов, отобранных для анализа

0(0 о;

Обозначения водных мотивов в кристаллогидратах

Все Н-связанные мотивы (Н20)т по типу их графов подразделялись на планарные и непланарные. Графы планарных мотивов (проектируемые на плоскость без пересечения ребер) обозначали по дополненной нами схеме Motherwell'a [Infantes and Motherwell // CrystEngComm, 2002, 4, 454]. Цепью называли любой конечный или бесконечный мотив, не содержащий циклов. Неразветвленная конечная (дискретная) цепь (Н20)* обозначалась D/t. В разветвленной цепи Dk(kt)aba2,—(k2)bl,b1— выбиралась простая цепь наибольшей длины к, ответвления указывались в скобках в порядке возрастания длин к 1, к2, числа а„ bj,... показывали положение ответвлений в основной цепи - так, фрагмент (Н20)5, изоструктурный углеродному остову неопентана, обозначался D3(l)2,2. Неразветвленная бесконечная цепь обозначалась Ск (где к - число молекул воды в элементарном звене), длины ответвлений и их положения в звене для бесконечных цепей Ck(kt)... указывали аналогично

2.2 24 26 28 30 32 34 36 3S <0

дискретным цепям. Кольцо, т.е. моноциклический островной фрагмент (Н20)ь обозначалось Кк, также с возможностью указания ответвлений. Мотив, содержащий более одного цикла, назывался лентой. Бесконечные ленты из т г, тг-, ..., т^-членных циклов, имеющих одинаковое число п общих вершин с каждым соседним циклом, обозначались Т/я1(и)/и2(и).../яа(и); неразветвленные ациклические фрагменты (Н20)* в ленте обозначались А к. Бесконечные слои с планарными графами обозначались Ьт1(п1)т1(п2)...тк(п1(), где т, - размеры непересекающихся циклов в слое, п, - числа циклов, имеющих общие вершины с данным циклом. Символы более сложных лент и слоев также обсуждаются в Главе 2. Для структурных типов простых клатратов и водных льдов использованы общепринятые для них системы обозначений.

Помимо символов, мы характеризовали водные мотивы структурными формулами общего вида

Н2т-ЛН(1014011с0ш/)1У<1, гдет = Ь + с + с!+е, которым соответствуют брутто-формулы Н2т_и[НаОт|. Верхние индексы при атомах кислорода в структурной формуле обозначают степень занимаемых ими вершин графа, нижние индексы Ь, с, с1, е - числа таких вершин, индекс а -число водородных связей внутри конечного мотива или в элементарной ячейке бесконечного мотива.

В третьей главе представлены результаты статистического анализа по построенным нами выборкам структур кристаллогидратов.

Распределение по пространственным группам

Разность числа центросимметричных (ЦС) пространственных групп и нецентросимметричных (неЦС) для кристаллогидратов У-я(Н20) с четными и нечетными п различна (табл. 1). В основном, это различие обусловлено структурами с занятыми частными позициями: когда органическая молекула занимает центр инверсии, а молекулы воды находятся в общих позициях, то п четно. Доля низших пространственных групп в органических кристаллогидратах выше, чем в гомомолекулярных кристаллах. Это различие

можно объяснить в рамках предложенной нами концепции критического координационного числа структуры (0: наименьшего числа симметрически независимых контактов молекула-молекула, достаточных для воспроизведения данной структуры путем построения всех симметрически эквивалентных контактов. В случае полисистемного {2'> 1) гомомолекулярного кристалла

/=I

где й - число независимых операций симметрии (генераторов) пространственной группы, включая трансляции, Т - число симметрически неэквивалентных молекул, gi - число независимых закрытых элементов симметрии, занятых /-й независимой молекулой. Величина б является важной характеристикой пространственной группы, принимающей значения от 2 до 6 включительно. Если кристалл стремится сформироваться за возможно меньшее число бимолекулярных стадий агрегирования молекул (0, то увеличение 2' при переходе от гомомолекулярных кристаллов к кристаллогидратам может частично компенсироваться уменьшением б, т.е. «упрощением» группы.

Таблица 1

Распространенность наиболее часто встречающихся пространственных групп среди структур гомогидратов У-/г(Н20) с Я < 0,1

п Распространенность пр.гр., %

Р1 (№2) Р2,(№4) Р2Х /с(№14) Р2{2У2Х(Ш9) ЦС - неЦС

1 16,7 14,0 27,4 20,2 9,9

2 21,5 11,4 27,9 15,1 22,9

3 20,2 13,9 19,3 17,5 8,1

4 26,6 8,3 26,0 10,5 33,8

5 26,9 13,9 6,9 17,7 2,2

6 24,4 6,3 26,0 10,2 33,9

7 20,0 12,5 22,5 27,5 2,5

8 27,5 15,7 31,4 2,0 41,2

Координация молекул воды Н-связями

Рис. 2. Распределение молекул воды по МКЧ Н2ОхО для органических кристаллогидратов

УпН20 (Ж 6%, 5с_с < 0,005 А, Г < 200 К)

Распределение молекул кристаллизационной воды по молекулярным координационным числам (МКЧ) представлена на рис. 2. Средние длины контактов с1(О...О) в различном молекулярном окружении постоянны в пределах 0,07 А и не демонстрируют значимой зависимости от МКЧ.

N (Н20) 35030025020015010050012 3 4 5 5 МКЧ Н20 хО

Анализ углов между соседними водородными связями в ряде случаев позволил определить наиболее предпочтительный координационный полиэдр (КП) молекулы воды в Н-связанном агрегате. Для молекул воды с МКЧ = 2 преобладает уголковое окружение, но величина угла 0...Н20...0 варьирует в интервале от 60 до 160°. Для МКЧ = 3 и 4 отмечается высокая лабильность координационных полиэдров. В частности, окружение трехкоординированных молекул Н20 практически непрерывно заполняет область между плоско-тригональной, пирамидальной и Т-образной конфигурациями. Наиболее распространенными типами окружения для МКЧ = 4 являются искаженные тетраэдр и тетрагональная пирамида, а также сильно деформированные промежуточные КП: т.н. «качели» и «зонтик». Примерно в 6% структур наблюдается искаженная плоско-квадратная координация. Для МКЧ = 5 и 6 трудно перечислить самые распространенные КП, т.к. число таких структур слишком мало. Конкретный вид КП молекул воды не обнаруживает явных корреляций с составом кристаллогидрата У яН20.

Протоноизбыточность

Протоноизбыточностью р водного мотива (Н20)т мы называем число протонов, не принадлежащих ребрам Н-связанного графа [Н„От], в пересчете на одну молекулу воды. В структурах водных льдов и клатратов р = 0, а для изолированных молекул воды в «антиклатратах» р = 2. Таким образом, во всех гидратах органических соединений 0 < р < 2.

Поскольку произведение рп-2' задает количество избыточных протонов в независимой части ячейки, то, если атомы О не занимают частных позиций, а заселенность всех общих позиций равна 1, число 2п-2' - целое. Тогда произведения рп-2' и (2 -р)п-2' одновременно являются целыми либо дробными. Поэтому разупорядоченность избыточных протонов, как правило, сопровождается заселением связующими протонами частных позиций. Если же в кристалле все атомы кислорода молекул Н20 не занимают частных позиций, и все протоны этих молекул упорядочены, то произведение рп ■ 2' оказывается целочисленным. Таким образом, в моносистемных (2'= 1) гидратах произведение рп также является целым положительным числом:

ряе N,

где множество натуральных чисел.

Протоноизбыточность р для конечных цепей О заключена в интервале от 1 до 2; для колец Я и бесконечных цепей С всегда р = 1; для лент обычно р < 1. Для слоев Ь также р < 1, и в зависимости от того, содержит ли слой двухкоординированные узлы, число р может быть больше или меньше 1/2.

Примерно в 85% всех проанализированных нами структур молекулы кристаллизационной воды полностью насыщают свои Н-донорные связи. В этом случае произведение р п совпадает с числом Н-акцепторных групп органической молекулы, образующих водородные связи с мотивом (Н20)т. Остальные 15% структур гидратов с неполным насыщением Н-донорных связей молекул воды неравномерно распределяются по величинам р: всем слоистым и большей части ленточных бесконечных мотивов (Н20)ж отвечает полная Н-

акцепторная стабилизация. По мере уменьшения размерности водного мотива растет доля структур с неполной Н-акцепторной стабилизацией, т.е. чем больше доля избыточных протонов, тем меньше вероятность их насыщения.

Примечательно, что водные мотивы с небольшими значениями р (в первую очередь, слои) стабилизированы, в основном, азотсодержащими Н-акцепторами органической молекулы (аминогруппы, пиридил, N-оксиды и др.). С увеличением р постепенно растет доля мотивов, стабилизированных О-содержащими акцепторами (группы ОН, С=0, СОО" и др.). В гидратах с максимальной протоноизбыточностью она достигает 100%.

Мотивы (Н20)„ в кристаллогидратах

Исходная выборка из 426 структур разбивается на группы с однотипными планарными мотивами (НгО)*,; самые типичные показаны в табл. 2 и на рис. 3.

Островные мотивы. В исследованных структурах обнаружено 233 конечных цепи D. Наиболее часто встречаются цепи D2 (79 фрагментов) и D3 (87); при дальнейшем росте длины количество цепей резко убывает. Неразветвленные цепи преобладают над разветвленными. Число обнаруженных колец R равно 41, среди них преобладают четырех- (20 фрагментов) и шестичленные (12). Самыми распространенными являются незамещенные R4 (11 фрагментов), R6 (7) и симметрично дизамещенное R4(l)l,3 (5). Эти кольца являются структурными элементами распространенных ленточных мотивов Т.

Цепочечные мотивы. Бесконечные цепи С присутствуют в 80 исследованных структурах. Чаще других встречаются С4 (19 структур) и С4(1)1,3 (12), причем последние, как правило, «синдиотактические» (11 структур). Разветвленные цепи чаще всего стабилизированы карбонильными атомами кислорода Н-акцепторных групп органической молекулы.

Ленточные мотивы обнаружены в 47 структурах. Наиболее распространены изомерные ленты Т5(2) и Т4(2)6(2) брутто-состава Н2[Н403], р = 2/3. Эти структуры детально рассмотрены в работе.

Таблица 2

Мотивы (H20)m, обнаруженные более чем в одной структуре У-лН20 (р - протоноизбыточность, N- количество структур в CSD)

Мотив Формула р N Мотив Формула р N

Конечные цепи Кольца

D2 Н3[Н0'2] 3/2 79 R3 н3[н3о"3] 1 5

D3 Н4[Н20'20"] 4/3 87 R4 Н4[Н40"4] 1 11

D3(l)2 Н5[Н30'30ш] 5/4 7 R4(l)l,2 н6[н6о12о"2о",2] 1 2

D4 Н5[Н30'20"2] 5/4 26 R4( 1)1,3 Н6[Н60'20й20ш2] 1 5

D4(l)2 Н6[Н40'30"0'1'] 6/5 3 R6 H6[H6Ou6] 1 7

D5 Н6[Н40'20"3] 6/5 9 R6(l)l,4 Н8[Н80'20"40ш2] 1 3

D5(l)2 HjtHsO'jO^O1"] 7/6 2 Ленты

D6 Н6[Н50'20"4] 7/6 6 Т4(2) H[H301V2] 1/2 2

D7 Н8[Н60'20"5] 8/7 2 Т4(1) H2[H40"201V] 2/3 2

Бесконечные цепи Т5(2) H2[H4OuO'"2] 2/3 12

С2 Н2[Н20"2] 1 4 Т4(2)5(2) Н3[Н70"0'"4] 3/5 2

С2(1)1 Нз[Нз0'0"0"1] 1 4 Т4(2)6(2) Н4[Н80"20ш4] 2/3 6

СЗ Нз[НзО"з] 1 7 Т6(2) Н3[Н50"20ш2] 3/4 4

С3(1)1 Н4[Н40'0"20'"] 1 3 Т5(0)А(1) Н5[Н70"40'"2] 5/6 3

С4 Н4[Н40"4] 1 19 Слои

С4(1)1,1 H6[H60'20"30'v] 1 2 L4(6)6(8) H[H50"'201V] 1/3 2

С4(1)1,2 Н6[Н60'20"20ш2] 1 3 L5(7) Н2[Н|0Ош4О'у2] 1/3 4

С4(1)1,3 Н6[Н60'20"20ш2] 1 12 L4(6)5(7)'6(8) H4[H20O"'8O'v4] 1/3 7

С6 Н6[Н60"6] 1 7 L6(6) Н[Н30'"2] 1/2 4

С4(1)1,2,3,4 Н8[Н80'40'"4] 1 3

С6(1)1,4 HgtHgO'jO'^O"1,] 1 2

С8 Н8[Н80"8] 1 2

С4

Н4[Н40"4] р = 1 ,п = к

С4(1)1,3

Н6[Н60,20П201П2] р = 1, и = А:

Т5(2)

Н2[Н4( р = 2/3, и = Ък

Н2[Н40"0"12]

Т4(2)6(2)

Н4[Н80"20Ш4] р = 2/3, п = 3к

Т6(2)

Н3[Н5( р = 3/4, и — Ак

Н3[Н501120ш2]

Ь4(6)6(8)

Н[Н501П201У] р = 1/3, и = 3£

114(6)5(7) 6(8)

Н4[Н20О|И8О,у4] р=МЪ,п = Ък

Рис. 3. Распространенные мотивы (Н20)гг: в кристаллогидратах У-пН20. Показаны элементарные ячейки, их структурные формулы, протоно-избыточность р и вероятные гидратные числа п

Г

М А .

Л Л,

г V \ ус

, 1 И I ,

w ft w

■г" "V ..А., / л,

fV it f j

Дм л.

Дг л л А.-

Рис. 4. Гофрированные водные слои Ь5(7) в структуре гексагидрата пинакола (СБО-рефкод РПЧОЬН, пр.гр. РА21тпт) (а) и проекция льда XII вдоль оси с (заселенности позиций атомов Н близки к 0,5) [Желиговская и Маленков // Усп. химии, 2006, 75, 64] (б)

Слоистые мотивы встретились в 30 структурах. Наиболее распространены изомерные слои Ь4(6)6(8), 1,5(7) и Ь4(6)5(7)26(8) брутго-состава Н[Н503], р = 1/3. Соответствующие структуры были проанализированы более детально. Слой Ь5(7), составленный из фрагментов правильного додекаэдра, является фрагментом каркаса водного льда XII (рис. 4).

V-i*.

У"*

f 1 С «

f С

< (< <

f л.

Рис. 5. Слой (Н20)„ в структуре с CSD-рефкодом IZAPUU (а) и гистограммы РРА кислорода в структурах IZAPUU (б) и льда II [Karnb // Acta Cryst., 1964, 17, 1437] (в)

Непланарные мотивы встретились в 14 из 31 структур без планарных мотивов (в прочих структурах молекулы воды изолированы друг от друга). Из них семь мотивов являются каркасными, три слоистыми, три островными и один ленточным. В основном они родственны распространенным планарным мотивам. Непланарный двойной слой Н[Н905] в пентагидрате 6-метил-2-пиридона (СЗЭ-рефкод ЕАРЦи) содержит гексагональные колонки (рис. 5а), свойственные структуре водного льда II.

Кубический клатрат - 2

0 12 3

5 6 7

2 3 4 5

Лед 1й

5 6 7 0...0

Рис. 6. Гистограммы РРА кислорода в родственных мотивах (НЬО)«»

Для сопоставления бесконечных водных мотивов с гидратными каркасами наиболее типичных клатратов и водных льдов были построены гистограммы радиального распределения атомов (РРА) кислорода в них (рис. 5

и 6). Одинаковые мотивы в целом имеют сходное расположение максимумов, дополнительно уширенных вследствие различных искажений в конкретных кристаллических структурах. Максимально искажены наиболее гибкие ленты Т5(2) и Т4(2)6(2), для которых совпадают лишь ближние «сферы» О...О 2,7-2,8 и 4,5-5,0 А, тогда как РРА одинаковых слоистых и каркасных мотивов лучше согласуются между собой.

Среди преобладающих слоев Ь4(б)5(7)2б(8) и Ь5(7) первому отвечают значительно менее регулярные распределения расстояний О...О, тогда как слой Ь5(7) более упорядоченный и «жесткий». Водные фрагменты, присутствующие в более сложном мотиве (ленты Т4(2)6(2) в слое 1,4(6)6(8), Т5(2) в Ь5(7), слои Ь4(6)5(7)26(8) в клатратных каркасах и слой Ь5(7) в структуре льда XII) обычно содержат его уширенные «координационные сферы».

В четвертой главе представлено теоретико-графовое описание водных мотивов, которое объясняет их наблюдаемые структуры и связь структур с гидратными числами. Из формулы Эйлера для конечных пленарных графов

V ~ V У ,

где V - число вершин, г - число ребер, / - число граней графа, выведены следствия:

Следствие I. Протоноизбыточность пленарного кристаллического мотива (Н20)„, содержащего хотя бы один цикл, меньше 1.

Следствие 2. Протоноизбыточность планарного кристаллического мотива (НгО)«, возрастает с ростом числа молекул воды в расчете на один цикл. Следствие 3. Протоноизбыточность планарного конечного мотива (Н20)„, больше 1 тогда и только тогда, когда в нем не содержится циклов, и равна I тогда и только тогда, когда в нем содержится ровно один цикл.

Топологию планарных ленточных мотивов Тт, (и)и2(«).. .т^п) ограничивает условие:

к ( ^ ^

Ет< =к —+и > ,=1 и-р >

из которого следует, что самыми вероятными значениями р должны быть те,

к

для которых е N при любом к, т.е. р = 1/2, 2/3, 3/4 и т.д. Так, в /=1

к

тригидратах чаще всего /> = 2/3, и ^от,- =(3 + п)к, откуда видно, что при к = 1

/=1

единственно возможными являются ленты Т4(1), Т5(2) и Т6(3) (т.к. т<2п, начиная с п = 4), а при к = 2 - лента Т4(2)6(2) (если не учитывать стерически невыгодных лент с треугольниками).

Планарные слоистые мотивы Ьт(п) (т.е. при к= 1) ограничиваются четырьмя комбинаторно-разными правильными разбиениями плоской поверхности на планигоны с вершинами степени не выше четырех (рис. 7). Всего существует 11 таких разбиений [Делоне И Изв. АН СССР. Сер. мат., 1959, 23, 365].

Ы(8)

Рис. 7. Правильные разбиения плоскости на планигоны, осуществимые для слоев (Н20)о

1-5<7) 16(6)

Слои Ь6(6) и Ь5(7) действительно распространены в кристаллогидратах (табл. 2); фрагмент слоя Ь4(8) встречается в ОН"-содержащих лентах Н[Н805] структуры тетрагидрата гидроксида тетраэтиламмония (СББ-рефкод МАТЬЕУ). Более сложные слои Ьт\(п\)т1{пг)...тк(пк) при к > 1 можно представить в виде некоторой правильной сетки, ячейки которой одинаковым образом разбиты на к многоугольников (рис. 8). В работе показано, что

к

2>1 ,

ы = 2~Р

^ 4 4-5р' 1=1 /=1

где у>1 - число двухкоордииироваиных узлов в /-м цикле. При этом к к к

1=1 /=1 /=1

Рис. 8. Разбиения сетки Ьб(6) на Ь4(6)5(7)26(8) (а, б) и 1,4(6)5(7)6(8) (в)

Из этих выражений следует, что р = 1 ——-, где т = М/к - средний

т - 2

размер непересекающихся циклов в слое. Потребовав, чтобы при любом к к

^т/ е N, можно найти серию наиболее вероятных значений р: 1/3, 2/4 (1/2), /=1

3/5, 4/6 (2/3) и т.д. Сетки, содержащие только трех- и четырех-координированные атомы кислорода, могут иметь лишь три значения р из этого ряда: 0, 1/3 и 1/2, причем только р = 1/3 отвечает невырожденным сеткам с вершинами разных степеней. Именно поэтому слоистые водные мотивы очень часто встречаются в кристаллогидратах У-пН20, где п кратно трем.

В полиэдрических каркасах с тетраэдрической координацией вершин, в которых число /и-угольных граней /-й полости равно к„ а элементарная ячейка

каркаса содержит «у полостейу-го типа, / \ ( 2Х- Е*/"« /2 5>;б£*(-12

У V / ) ; У V /

»V) - --- - -

^=6

21«;

где £ - среднее число граней у полостей каркаса.

Таким образом, в отличие от слоев, для каркасов средний размер непересекающихся циклов зависит не только от протоноизбыточности.

В пятой главе рассмотрены ключевые структурные факторы, повышающие термическую стабильность кристаллогидратов. Содержащиеся в CSD температуры разложения («плавления») гидратов Y-nH20 в среднем не коррелируют с геометрией их водных мотивов, но возрастают с увеличением молекулярной массы ММ органической компоненты. Значительное повышение Тпл наблюдается для ионных кристаллов, стабилизированных кулоновскими взаимодействиями. На рис. 9 представлены средние температуры разложения, вычисленные по группам гидратов неионных и ионных органических соединений Y-«H20 с близкой молекулярной массой и произвольными гидратными числами п. Меньшие количества структурно исследованных ионных гидратов приводят к большему разбросу их средних температур разложения, однако величины <!"„„> для них во всех интервалах ММ лежат на 20-60° выше, чем для неионных кристаллов.

<шр>

250 -

200

150

100

100 150

200

250

300 350 400 450

ММ

500

Рис. 9. Средние температуры разложения гидратов ионных (квадраты) и неионных (ромбы) органических соединений по данным CSD. По оси абсцисс отложены середины интервалов (ММ-25; ММ+ 25), а.е.м., в которых проводилось усреднение. В скобках указано число структур в интервале

Одним из факторов, повышающих полярность органической компоненты кристаллогидрата, является я-резонансная стабилизация его Н-связей, т.е. резонансное я-сопряжение Н-донора и Н-акцептора. Для учета этой стабилизации нами введена эмпирическая величина

n

П = ЕИ'Л> 1=1

где N - число резонансных структур органической молекулы с неидентичными разделениями зарядов; IV, - весовой множитель; п, - число структур с одинаковым (7-м) разделением зарядов. Принимали ^ = 1, если положения обоих зарядов соответствовали наблюдаемым положениям либо центрам Н-связей в кристалле, = 0,5, если локализация лишь одного заряда соответствовала его наблюдаемому положению либо центру Н-связи в кристалле, и и> = 0 в остальных случаях. Для резонансных структур с депротонированной группой ОН, выступающей и как донор, и как акцептор водородной связи, полагали щ = 0,5, для карбанионов и карбокатионов, по причине их малого вклада в резонансную структуру, полагали и>, = 0.

Для исследования влияния величины П на ТШ1 была составлена выборка структур моногидратов низкомолекулярных соединений с «декалиновым» бициклом из любых атомов, обычно содержащим несколько двойных связей и, как следствие, имеющим сравнительно много резонансных структур. В такой выборке водородные связи органической молекулы, как правило, насыщены, и вклад я-сопряжения донора и акцептора водородной связи в потенциальную энергию кристалла максимален. На рис. 10а показана полученная зависимость Т11Л(П). Коэффициент корреляции Пирсона составляет 0,768 (значимость 7,07-10~9). Величины Тпл при этом не коррелируют с наличием или отсутствием протяженного мотива (НгО)т. В то же время диаграмма на рис. 106 показывает, что для некоторых простых классов органических гидратов температура плавления (разложения) весьма чувствительна к молекулярной массе и менее чувствительна к гидратному числу.

а

1 300 пл

250 200 150 ■ 100 50 ■ в □ <4 п * П *в а а а В □ А

180 200 300 400 500 600

-50 ■ ММ

-100

б

Рис. 10. а (39 точек) - Зависимость температуры плавления (°С) от П для моногидратов бициклических соединений без водных мотивов (треугольники) и моногидратов с островными либо цепочечными водными мотивами (квадраты) соединений с ММ 100-300 а.е.м.; б (51 точка) - зависимость температуры плавления (°С) от молекулярной массы (а.е.м.) для гидратов алкилдиолов (незакрашенные квадраты), алкилмоно- и дикетонов (закрашенные квадраты), третичных алкилдиамидов (треугольники), вторичных алкилтетраминов (ромбы), первичных моноаминов (круги)

Для минимизации зависимости Тщ, от ММ была составлена выборка моногидратов нуклеозидов, обладающих высокими и при этом близкими молекулярными массами. Более высокие значения П, рассчитанные при полном насыщении Н-связей азотистых оснований, сочетаются с повышенной термической устойчивостью кристаллогидратов соответствующих соединений.

nhj

PCI

Ж

РС2

РСЗ

^ NH и„У

N

H,N N

/

цитозин тимин гуанин аденин

Рис. 11. Вклады длин связей в молекулах азотистых оснований в три главные компоненты PCI, РС2, РСЗ. Контрастность пропорциональна модулю нагрузки длины данной связи для данной PC

С помощью анализа главных компонент было также исследовано сопряжение связей между неводородными атомами замещенных азотистых оснований в гидратах нуклеозидов с R< 6%. Результаты анализа (рис. 11) показывают, что в молекуле гуанина сопряжение всех двойных связей (их длины коррелируют с одной и той же компонентой РС1) обеспечивает л-резонансную стабилизацию Н-связей, образованных амино- и карбонильной группами. В молекуле аденина ароматическая система в гораздо меньшей степени является резонансно-стабилизирующей.

1,41 1,40 1,39 1,38 1,37 1,36 1,35 1,34

1(95)

О о в-в-0. ссо о а И...... о •

о <Ъ ОО,; ^ГвУо». /^т • • • \

о; \ »• }

□ •

•

1,19 1,20 1,20 1,22 1,23 1,24 1,25

а

4

«I,

1,41 1,40 1,39 1,38 1.37 1,36 1,35 1,34

(25)

• о о о • • '

» V г у

о 0 •••

1,19 1,20 1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 б

1,41 1,40 1,39 1,38 1,37 1,36 1,35 1,34

(12)

+ д+ А

□ □

А +

д

1,19 1,20 1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 в

Рис. 12. Диаграмма рассеяния с1] и (12 в карбонилированных 1,4-дигидропиридинах (Я <6%, Г <250 К) (а) и соответствующих гидратах (б). Закрашенные точки отвечают цепочкам -С=О...Н1Ч- (а) и -С=О...Н2О...НМ-(6). Овалом ограничены области, соответствующие наибольшему вкладу резонансной структуры с разделением зарядов; квадратами обозначены структуры замещенного 4-пиридона. В скобках указано число точек на диаграмме; в - диаграмма рассеяния для антагонистов кальция с известной биоактивностью. Разные фигуры отвечают разным интервалам -1ц/С5о: 4-6 (крестики), 6-8 (треугольники), 8-10 (квадраты)

Весьма интересным свойством Н-связей, стабилизированных я-резонансом, является тенденция к образованию протяженных мотивов из органических молекул. В некоторых случаях я-резонансная стабилизация является достаточным условием образования таких мотивов, например, в классе карбонилированных 1,4-дигидропиридинов, многие из которых являются лекарствами - антагонистами кальция (рис. 12а). Это характерно и для гидратов соответствующих соединений, в которых молекула воды «встраивается» между центрами Н-связей органической молекулы (рис. 125). Примечательно, что антагонисты кальция с наибольшей биоактивностью не демонстрируют выраженной я-резонансной стабилизации Н-связей (рис. 12в).

ВЫВОДЫ

1. На основе авторской концепции протоноизбыточности представлена систематика водных мотивов в кристаллогидратах органических соединений. Выявлены лабильность ближнего окружения молекул воды, неполное насыщение Н-связей и отсутствие корреляций их средней длины с МКЧ и КП.

2. Выведены формальные соотношения между протоноизбыточностью и типом Н-связанного графа (НгО)„, позволившие объяснить наблюдаемые структуры водных мотивов и их взаимосвязь со стехиометрическим составом кристаллогидрата.

3. Обнаружено альтернирование распространенности центросимметричных пространственных групп в кристаллах с четными и нечетными гидратными числами. Введено понятие критического координационного числа, позволившее объяснить увеличение доли низших пространственных групп в гидратах У-пНгО по сравнению с гомомолекулярными кристаллами.

4. Установлено отсутствие корреляции термической устойчивости кристаллогидратов с топологией водного мотива, а также ее положительная корреляция с молекулярной массой органической компоненты У и со степенью разделения зарядов в кристалле.

5. Обнаружена дополнительная стабилизация кристаллогидратов Н-связями, усиленными л-сопряжением. Показана возможность включения молекул воды в протяженную систему таких связей. Установлена положительная зависимость термостойкости гидратов данного типа от числа резонансных структур органической молекулы с локализацией зарядов на ее центрах Н-связывания.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих статьях и сообщениях:

1. Банару A.M. Критическое координационное число в гомомолекулярных кристаллах. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2009. Т. 50. №2. С. 100-103.

2. Банару A.M. Конформация 1,4-дигидропиридиновых антагонистов кальция и водородные связи в кристалле. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2008. Т. 49. №6. С. 385-388.

3. Банару A.M., Словохотов Ю.Л. Водородные связи в карбонизированных 1,4-дигидропиридинах. // Журн. структ. химии. 2009. Т. 50. №4. С. 761-766.

4. Банару A.M., Словохотов Ю.Л. Структурные корреляции в органических молекулах и ионах. Статистический анализ с использованием Кембриджского банка данных. VI Национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (РСНЭ - 2007). Москва, 2007. ИК РАН. Тезисы докладов. С. 80.

5. Банару A.M. Первичные агломераты с участием водородных связей в дикарбоксилированных 1,4-дигидропиридинах. XIV Симпозиум по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул. Челябинск, ЧелГУ-МГУ, 2008. Тезисы докладов. С. 75.

Подписано в печать 13.11.09 Формат 60x88 1/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 883 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119991 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. А-102

Введение

Глава 1. Общие сведения о строении кристаллогидратов органических соединений по рентгенодифракционным данным (обзор литературы)

1.1. Изучение закономерностей строения молекул и кристаллов по данным Кембриджского банка

1.2. Использование Кембриджского банка для исследования водородных связей

1.3. Строение полигидратов

1.3.1. Клатратные полигдраты

1.3.2. Неклатратные полигидраты

1.4. Методы статистической обработки данных 51 1.5.3 адачи работы

Глава 2. Обработка данных Кембриджского банка и критерии формирования выборок

2.1. Программное обеспечение

2.2. Критерии достоверности структурных данных

2.3. Обозначения водных мотивов в кристаллах

2.4. Выбор объектов исследования

Глава 3. Статистический анализ структурных данных по Кембриджскому банку

3.1. Распределение гидратов по пространственным группам

3.2. Анализ координации молекул воды в кристаллогидратах

3.3. Протоноизбыточность

3.4. Планарные мотивы (Н20)т в кристаллогидратах

3.4.1. Островные мотивы

3.4.2. Цепочечные мотивы

3.4.3. Ленточные мотивы

3.4.4. Изомерные ленты Н2[Н40з]

3.4.5. Слоистые мотивы

3.4.6. Изомерные слои Н[Н5Оз]

3.5. Непланарные мотивы (H20)w в кристаллогидратах

3.6. Смешанные ионные мотивы (Н20,0Н~),„ в кристаллогидратах

3.7. Радиальные распределения атомов кислорода в водных льдах и кристаллогидратах

3.8. Основные итоги главы

Глава 4. Обобщенное описание водных мотивов

4.1. Следствия формулы Эйлера

4.2. Кристаллические мотивы (Н20)оо

4.2.1. Ленты

4.2.2. Слои

4.2.3. Тетраэдрические каркасы

4.3. Основные итоги главы

Глава 5. Водородная связь, стабилизированная тс-резонансом

5.1. Протяженные мотивы . .HN-(C=C)„-C=0.

5.2. Влияние тс-резонансной стабилизации водородных связей на температуру плавления (разложения)

5.3. Основные итоги главы

Выводы

Водородные связи, формируемые молекулами воды в конденсированных фазах, издавна привлекают внимание исследователей. Основной интерес связан с изучением строения жидкой воды и гипотезой существования в ней флуктуирующих конечных либо бесконечных водных мотивов, способных влиять на ход многих процессов в водной среде [1]. Гидрофобная гидратация молекул галогенов, SO2, инертных газов и т.д., а также метана и ряда других органических соединений (например, солей тетраалкиламмония) приводит к образованию упорядоченных каркасных структур, называемых клатратными гидратами; некоторые из них устойчивы до комнатной температуры при атмосферном давлении [2]. В 1961 г. Полинг [3] и Миллер [4] предположили, что химически инертные малые молекулы (СНС13, N20, Хе и др.) обладают анестезирующим действием именно благодаря возникновению клатратных гидратов в их водном окружении в живом организме, вследствие чего может происходить блокировка ионных каналов, проводящих нервные импульсы. Гипотеза о структурировании водной среды как общей основе механизма физиологической активности продолжает обсуждаться в научной литературе.

Перспективными модельными соединениями для исследования структурирования водной среды in vivo являются кристаллогидраты органических соединений Y-«H20, где Y - органическая компонента кристалла. В настоящее время Кембриджский банк структурных данных

CSD) содержит более 11 тысяч структур таких кристаллов с координатами атомов, включая 3 тыс. кристаллогидратов с измеренной температурой разложения. В некоторых веществах данного класса присутствуют водные мотивы, аналогичные фрагментам кристаллических модификаций водного льда, в том числе образующихся при высоком давлении вплоть до 10-20 Мбар [5]. Причины формирования того или иного водного ассоциата в кристаллогидрате в современной литературе практически не обсуждаются (см. [6]). Поэтому статистический анализ имеющихся данных по строению кристаллогидратов Y7?H20 может дать важную новую информацию о вероятности формирования различных водных мотивов в окружении молекул органических и биоорганических соединений, о факторах, определяющих устойчивость таких мотивов, и о возможности их образования в физиологических условиях.

Целью работы является определение ключевых факторов, регулирующих типы водных мотивов в кристаллогидратах и их термическую устойчивость. Для достижения этой цели были выполнены анализ строения кристаллогидратов по Кембриджскому банку, статистический анализ распространенности различных водных мотивов в найденных структурах, кристаллохимический анализ преобладающих мотивов (Н20)т и их описание на основе теории графов. Было проведено исследование тг-резонансной стабилизации водородных связей в кристаллогидратах методом структурных корреляций.

На защиту выносятся:

1. Структурная классификация систем водородных связей в кристаллогидратах на основе концепции протоноизбыточности.

2. Установленные корреляции топологии водного мотива в кристаллогидрате со строением органических молекул и природой их центров водородных связей.

3. Гипотеза о зависимости термической устойчивости кристаллогидратов от тс-резонансной стабилизации их системы водородных связей.

Научная новизна. В работе впервые проведен анализ связи топологии водных мотивов с составом кристаллогидрата на основании введенной нами величины протоноизбыточности водного мотива. Установлены стехиометрические условия возникновения протяженных мотивов (Н20)оо и факторы их стабилизации (насыщение Н-связей, разделение зарядов). Выявлена зависимость температурной стабильности кристаллогидрата от числа тс-резонансных структур органической молекулы, отвечающих локализации зарядов на ее центрах Н-связывания. Показано, что к-резонансное сопряжение донора и акцептора водородной связи, как правило, достаточно для формирования протяженного Н-связанного ассоциата органических молекул.

Практическая значимость. Предложенный в работе подход к анализу водных мотивов в кристаллогидратах и найденные для них корреляции состав-структура» могут быть полезны в кристаллоинженерии для получения мотивов заданной топологии. Обнаруженные закономерности могут использоваться при моделировании ассоциации молекул воды в гидратной оболочке биоорганических молекул. Установленная нами стабилизация Н-связанных мотивов с участием молекул воды может учитываться при прогнозировании биологической активности новых органических соединений.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на VI Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (Москва, 2007); XIV Симпозиуме по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Челябинск, 2008); XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», секция «Химия» (Москва, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах и 2 тезисов конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы (141 наименование). Работа изложена на 205 страницах, содержит 19 таблиц и 84 рисунка.

Выводы

1. На основе авторской концепции протоноизбыточности представлена систематика водных мотивов в кристаллогидратах органических соединений. Выявлены лабильность ближнего окружения молекул воды, неполное насыщение Н-связей и отсутствие корреляций их средней длины с МКЧ и КП.

2. Выведены формальные соотношения между протоноизбыточностью и типом Н-связанного графа (H20)w, позволившие объяснить наблюдаемые структуры водных мотивов и их взаимосвязь со стехиометрическим составом кристаллогидрата.

3. Обнаружено альтернирование распространенности центросимметричных пространственных групп в кристаллах с четными и нечетными гидратными числами. Введено понятие критического координационного числа, позволившее объяснить увеличение доли низших пространственных групп в гидратах Y-wH20 по сравнению с гомомолекулярными кристаллами.

4. Установлено отсутствие корреляции термической устойчивости кристаллогидратов с топологией водного мотива, а также ее положительная корреляция с молекулярной массой органической компоненты Y и со степенью разделения зарядов в кристалле.

1. Ludwig R. Water: from clusters to the bulk. // Angew. Chem. 1.t. Ed. 2001. V. 40. P. 1808-1827.

2. Белослудов В.P., Дядин Ю.А., Лаврентьев М.Ю. Теоретические модели клатратообразования. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1991. 129 с.

3. Pauling L. A molecular theory of general anesthesia. // Science. 1961. V. 134. P. 15-21.

4. Miller S.L. A theory of gaseous anesthetics. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. 1961. V. 47. P. 1515-1524.

5. Желиговская E.A., Маленков Г.Г. Кристаллические водные льды. // Успехи химии. 2006. Т. 75. С. 64-85.

6. Infantes L., Motherwell S. Water clusters in organic molecular crystals. // Cryst. Eng. Comm. 2002. V. 4. P. 454-461.

7. Allen F.H. The Cambridge Structural Database: a quarter of a million crystal structures and rising. // Acta Cryst. 2002. V. B58. P. 380-388.

8. Allen F.H., Taylor R. Research applications of the Cambridge Structural Database (CSD). // Chem. Soc. Rev. 2004. V. 33. P. 463-475.

9. Allen F.H. High-throughput crystallography: the challenge of publishing, storing and using the results. // Cryst. Rev. 2004. V. 10. P. 3-15.

10. Motherwell W.D.S. The CSD 450,000 answers. but what are the questions? // Cryst. Rev. 2008. V. 14. P. 97-116.11. van de Streek J., Motherwell W.D.S. Searching the Cambridge Structural Database for polymorphs. // Acta Cryst. 2005. V. B61. P. 504-510.

11. Кулешова Л.Н., Антипин М.Ю. Кембриджский банк структурных данных как инструмент изучения общих закономерностей строения органических молекулярных кристаллов. // Успехи химии. 1999. Т. 68. С. 3-22.

12. Hoffman D.W.M., Kuleshova L.N., Antipin M.Yu. Supramolecular synthons and crystal structure prediction of organic compounds. // Cryst. Growth Des. 2004. V. 4. P. 1395-1402.

13. Vologzhanina A.V., Korlyukov A.A., Antipin M.Yu. Special features of intermolecular bonding A.D (A = Si, Ge and D = nucleophile) in crystal structures. // Acta Cryst. 2008. V. B64. P. 448-455.

14. Kuleshova L.N., Antipin M.Yu., Komkov I.V. The role of molecular association in the formation of crystals with Z'>1 of some hydroxy-containing compounds. // J. Mol. Struct. 2003. V. 647. P. 41-51.

15. Бернштейн Дж. Полиморфизм молекулярных кристаллов. М.: Наука, 2007. 500 с.

16. Anderson К.М., Afarinkia К., Yu Н. et al. When Z'=2 is better than Z'=l -supramolecular centrosymmetric hydrogen-bonded dimers in chiral systems. // Cryst. Growth Des. 2006. V. 6. P. 2109-2113.

17. Gavezzotti A. Structure and energy in organic crystals with two molecules in the asymmetric unit: causality or chance? // Cryst. Eng. Comm. 2008. V. 10. P. 389-398.

18. Nangia A. Database research in crystal engineering. I I Cryst. Eng. Comm. 2002. V. 4. P. 93-101.

19. Baburin I.A., Blatov V.A., Carlucci L. et al. // Interpenetrated three-dimensional networks of hydrogen-bonded species: a systematic analysis of the Cambridge Structural Database. // Cryst. Growth Des. 2008. V. 8. P. 519-539.

20. Зоркий П.М., Олейников П.Н. Многообразие «кембриджских» структур: статистический анализ. // Журн. физ. химии. 2000. Т. 74. С. 1944-1950.

21. Зоркий П.М., Олейников П.Н. Кристалл охимические классы «кембриджских» кристаллических структур: статистический анализ топологических особенностей. //Журн. структ. химии. 2001. Т. 42. С. 31-39.

22. Hulme А.Т., Price S.L. Toward the prediction of organic hydrate crystal structures. // J. Chem. Theory Comput. 2007. V. 3. P. 1597-1608.

23. Дзябченко A.B. От молекулы к твердому телу: предсказание структур органических кристаллов. // Журн. физ. химии. 2008. Т. 82. С. 1861-1870.

24. Parkin A., Collins A., Gilmore C.J., Wilson С.С. Using small molecule crystal structure data to obtain information about sulfonamide conformation. // Acta Cryst. 2008. V. B64. P. 66-71.

25. Burgi H.B., Dunitz J.D. From crystal statics to chemical dynamics. // Acc.

26. Chem. Res. 1983. V. 16. P. 153-161.

27. Simperler A., Watt S.W., Bonnet P.A. et al. Correlation of melting points of inositols with hydrogen bonding patterns. // Cryst. Eng. Comm. 2006. V. 8. P. 589600.

28. Slovokhotov Yu.L., Neretin I.S., Howard J.A.K. Symmetry of van der Waals molecular shape and melting points of organic compounds. // New J. Chem. 2004. V. 28. P. 967-979.

29. Motherwell W.D.S. Distribution of molecular centres in crystallographic unit cell. // Acta Cryst. 1997. V. B53. P. 726-736.

30. Rowland R.S., Taylor R. Intermolecular nonbonded contact distances in organic crystal structures: comparison with distances expected from van der Waals radii. // J. Phys. Chem. 1996. V. 100. P. 7384-7391.

31. Кузьмина Л.Г. Вторичные связи и их роль в химии. И Координац. химия. 1999. Т. 25. С. 643-663.

32. Зефиров Ю.В., Зоркий П.М. Ван-дер-ваальсовы радиусы атомов в кристаллохимии и структурной химии (исторический очерк). В сб. "Проблемы кристаллохимии". М.: Наука, 1992. С. 6-24.л ч

33. Murray-Rust P., Glusker J.P. Directional hydrogen bonding to sp and sp -hybridized oxygen atoms and its relevance to ligand-macromolecule interactions. // J. Am. Chem. Soc. 1984. V. 106. P. 1018-1025.

34. Steiner T. The hydrogen bond in the solid state. // Angew. Chem. Int. Ed. 2002. V.41.P. 48-76.

35. Bertolasi V., Gilli P., Ferretti V., Gilli G. Intermolecular N-H.0 hydrogen bonding assisted by resonance. II. Self assembly of hydrogen-bonded secondary enaminones in supramolecular catemers. // Acta Cryst. 1998. V. B54. P. 50-65.

36. Mo Y. Probing the nature of hydrogen bonds in DNA base pairs. // J. Mol. Model. 2006. V. 12. P. 665-672.

37. Viswanathan R., Asenio A., Dannenberg J.J. Cooperative hydrogen-bonding in models of antiparallel p-sheets. // J. Phys. Chem. A. 2004. V. 108. P. 9205-9212.

38. Mohajeri A. Theoretical evidences for resonance-assisted hydrogen bonding. // J. Mol. Struct. 2004. V. 678. P. 201-205.

39. Gora R.W., Grabowski S.J., Leszczynski J. Dimers of formic acid, acetic acid, formamide and pyrrole-2-carboxylic acid: an ab initio study. // J. Phys. Chem. A. 2005. V. 109. P. 6397-6405.

40. Masunov A., Dannenberg J.J. Theoretical study of urea and thiourea. 2. Chainsand ribbons. // J. Phys. Chem. В. V. 104. P. 806-810.

41. Лысенко К.А., Антипин М.Ю. Природа и энергетика внутримолекулярных водородных связей в кристалле. // Изв. Акад. Наук. Серия химическая. 2006. №1. С. 1-14.

42. Grabowski S.J., Sokalski W.A., Dyguda Е., Leszczynski J. Quantitative classification of covalent and noncovalent H-bonds. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 6444-6446.

43. Gilli P., Bertolasi V., Pretto L., Gilli G. Outline of a transition-state hydrogen-bond theory. // J. Mol. Struct. 2006. V. 790. P. 40-49.

44. Bernal J.D., Fowler R.H. A theory of water and ionic solutions, with particular reference to hydrogen and hydroxyl ions. // J. Chem. Phys. 1933. V. 1. P. 515-548.

45. Kuleshova L.N., Zorky P.M. Graphical enumeration of hydrogen-bonded structures. // Acta Cryst. 1980. V. B36. P. 2113-2115.

46. Гринева O.B. Межмолекулярные водородные связи: сопоставление ассоциатов, существующих в кристаллах и жидкостях. // Журн. структ. химии. 2007. Т. 48. С. 802-807.

47. Etter М.С. Hydrogen bonds as design elements in organic chemistry. // J. Phys. Chem. 1991. V. 95. P. 4601-4610.

48. Уэллс А.Ф. Структурная неорганическая химия. В 3-х т. Т. 1. М.: Мир, 1987. 408 с.

49. Желиговская Е.А. Построение газогидратного каркаса из полиэдров Аллена, не представимого в виде чередующихся плоских полиэдрических слоев двух видов. // Журн. структ. химии. 2004. Т. 45. С. 1034-1037.

50. Дядин Ю.А., Гущин A.JT. Газовые гидраты. // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 3. С. 55-64.

51. Kurnosov A.V.", Komarov V.Yu., Voronin V.I. et. al. New clathrate hydrate structure: high-pressure tetrahydrofuran hydrate with one type of cavity. // Angew. Chem. Int. Ed. 2004. V. 43. P. 2922-2924.

52. Самойлович М.И., Талис A.JI. Алгебраические политопы и симметрийные закономерности строения упорядоченных структур. // Докл. Акад. наук. 2008. Т. 420. № 4. С. 472-477.

53. Lipkowski J. Clathration and solvation of molecules. // NATO ASI Ser., Ser. C. 1996. V. 480. P. 265-283.

54. Sloan E., Dendy Jr. Clathrate hydrates: the other common solid water phase. // Ind. Eng. Chem. Res. 2000. V. 39. P. 3123-3129.

55. Dyadin Yu.A. Constitution and stability of clathrate hydrates. // NATO ASI Ser., Ser. C. 1996. V. 480. P. 223-241.

56. Tanaka H. Stability and dynamics of ice and clathrate hydrate. // Theor. Comput. Chem. 1999. V. 7. P. 533-578.

57. Kosyakov V.I., Polyanskaya T.M. Using structural data for estimating the stability of water networks in clathrate and semiclathrate hydrates. // J. Struct. Chem. 1999. V. 40. P. 239-245.

58. Дядин Ю.А. Супрамолекулярная химия: клатратные соединения. // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 2. С. 79-88.

59. Турова Н.Я. Неорганическая химия в таблицах. М.: ЧеРо, 2002. 140 с.

60. Дядин Ю.А., Удачин К.А., Бондарюк И.В. Соединения включения. Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. ун-та, 1988. 92 с.

61. Kamata Y., Оуаша Н., Shimada W. et. al. Gas separation method using tetra-n-butylammonium bromide semi-clathrate hydrate. // Jap. J. App. Phys. 2004. V. 43. P. 362-365.

62. Kamata Y., Yamakoshi Y., Ebinuma T. et. al. Hydrogen sulfide separation using tetra-n-butyl ammonium bromide semi-clathrate (TBAB) hydrate. // Energy & Fuels. 2005. V. 19. P. 1717-1722.

63. Davidson D.W., Garg S.K. The hydrate of hexafluorophosphoric acid. // Can. J. Chem. 1972. V. 50. P. 3515-3520.

64. Cha J.-H., Shin K., Choi S. et al. Maximized proton conductivity of the HPF6 clathrate hydrate by structural transformation. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 13332-13335.

65. Davidson D.W., Calvert L.D., Lee F., Ripmeester J.A. Hydrogen fluoride containing isostructural hydrates of hexafluorophosphoric, hexafluoroarsenic, and hexafluoroantimonic acids. // Inorg. Chem. 1981. V. 20. P. 2013-2016.

66. Mootz D., Seidel R. Polyhedral clathrate hydrates of a strong base: phase relations and crystal structures in the system tetramethylammonium hydroxide-water. // J. Incl. Phenom. Mol. Recog. Chem. 1990. V. 8. P. 139-157.

67. Финкелыитейн A.B., Птицын О.Б. Физика белка. М.: КДУ, 2005. 456 с.

68. Matsumoto J. Molecular mechanism of biological responses to homeopathic medicines. // Med. Hypotheses. 1995. V. 45. P. 292-296.

69. Lipscomb L.A., Zhou F.X., Williams L.D. Clathrate hydrates are poor models of biomolecule hydration. //Biopolymers. 1996. V. 38. P. 177-181.

70. Wlodarczyk A., McMillan P.F., Greenfield S.A. High pressure effects in anaesthesia and narcosis. // Chem. Soc. Rev. 2006. V. 35. P. 890-898.

71. Agre P. Aquaporin water channels (Nobel lecture). // Angew. Chem. Int. Ed. 2004. V. 43. P. 4278-4290.

72. Hummer G., Rasaiah J.C., Noworyta J.P. Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube. // Nature. 2001. V. 414. P. 188-190.

73. Birkedal H., Schwarzenbach D., Pattison P. Observation of uniaxial negative thermal expansion ia an organic crystal. // Angew. Chem. Int. Ed. 2002. V. 41. P. 754-756.

74. Koga K., Gao G.T., Tanaka H., Zeng X.C. Formation of ordered ice nanotubes inside carbon nanotubes. //Nature. 2001. V. 412. P. 802-805.

75. Удачин K.A., Липковски Я. Гексагональные водные нанотрубки в гексагидрате 18-KpayH-6.-[CH3NH3F]-6H20. // Журн. структ. химии. 2002. Т. 43. С. 757-761.

76. Дядин Ю.А., Терехова И.С., Родионова Т.В., Солдатов Д.В. Полвека клатратной химии. // Журн. структ. химии. 1999. Т. 40. С. 797-808.

77. Kelland М.А. History of the development of low dosage hydrate inhibitors. // Energy & Fuels. 2006. V. 20. P. 825-847.

78. Kvamme В., Huseby G., Forrisdahl O.K. Molecular dynamics simulations of PVP kinetic inhibitor in liquid water and hydrate/liquid water systems. // Mol. Phys. 1997. V. 90. P. 979-991.

79. Infantes L., Chisholm J., Motherwell S. Extended motifs from water and chemical functional groups in organic molecular crystals. // Cryst. Eng. Comm. 2003. V. 5. P. 480-486.

80. Infantes L., Fabian L., Motherwell W.D.S. Organic crystal hydrates: what are the important factors for formation. // Cryst. Eng. Comm. 2007. V. 9. P. 65-71.

81. Mascal M., Infantes L., Chisholm J. Water oligomers in crystal hydrates — what's news and what isn't? // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. P. 32-36.

82. Мак T.C.W. Hexamethylenetetramine hexahydrate: a new type of clathrate hydrate. // J. Chem. Phys. 1965. V. 43. P. 2799-2805.

83. Gilli P., Pretto L., Bertolasi V., Gilli G. Predicting hydrogen-bond strengths from acid-base molecular properties. The pKa slide rule: toward the solution of a long-lasting problem. // Acc. Chem. Res. 2009. V. 42. P. 33-44.

84. Szejtli J. Introduction and general overview of cyclodextrin chemistry. // Chem. Rev. 1998. V. 98. P. 1743-1753.

85. Uyar Т., Hunt M.A., Gracz H.S., Tonelli A.E. Crystalline cyclodextrin inclusion compounds formed with aromatic guests: guest-dependent stoichiometries and hydration-sensitive crystal structures. Cryst. Growth Des. 2006. V. 6. P. 1113-1119.

86. Song L.X., Bai L., Xu X.M. et. al. Inclusion complexation, encapsulation interaction and inclusion number in cyclodextrin chemistry. // Coord. Chem. Rev. 2009. V. 253. P. 1276-1284.

87. Kuji Yu., Yamasaki A., Yanagisawa Yu. Effect of cyclodextrins on hydrateformation rates. // Energy & Fuels. 2006. V. 20. P. 2198-2201.

88. Gillon A.L., Feeder N., Davey R.J., Storey R. Hydration in molecular crystals a Cambridge Structural Database analysis. // Cryst. Growth Des. 2003. V. 3. P. 663-673.

89. Fabian L., Chisholm J.A., Galek Р.Т.А. et al. Hydrogen-bond motifs in the crystals of hydrophobic amino acids. // Acta Cryst. 2008. V. B64. P. 504-514.

90. Hovmoller S., Zhou Т., Ohlson T. Conformations of amino acids in proteins. // Acta Cryst. 2002. V. D58. P. 768-776.

91. Gorbitz C.H., Etter M.C. Hydrogen bond patterns and hydrophobic interactions in crystal structures of small, acyclic peptides. // Int. J. Pept. Protein Res. 1992. V. 39. P. 93-110.

92. Jeffrey G.A. Crystallographic studies of carbohydrates. // Acta Cryst. 1990. V. B46. P. 89-103.

93. Clowney L., Jain S.C., Srinivasan A.R. et al. Geometric parameters in nucleic acids: nitrogenous bases. // J. Am. Chem. Soc. 1996. V. 118. P. 509-518.

94. Pascher I., Lundmark M., Sundell S., Eibl H. Conformation and packing of membrane lipids: crystal structure of lysophosphatidylcholines. // Progress in Colloid & Polymer Science. 1998. V. 108. P. 67-75.

95. Родионова O.E. Хемометрический подход к исследованию большихмассивов химических данных. // Рос. хим. ж. 2006. Т. L. С. 128-144.

96. Murray-Rust P., Raftery J. Computer analysis of molecular geometry. Part VI: classification of differences in conformation. // J. Mol. Graphics. 1985. V. 3. P. 5059.

97. Cremer D., Pople J.A. General definition of ring puckering coordinates. // J. Am. Chem. Soc. 1975". V. 97. P. 1354-1358.

98. Bacchi A., Pelizzi G. Comprehensive study on structure-activity relationships of rifamycins: discussion of molecular and crystal structure and spectroscopic and thermochemical properties of rifamycin O. // J. Med. Chem. 1998. V. 41. P. 23192332.

99. Сычев C.H., Сычев K.C., Ланин C.H. Выявление характера межмолекулярных взаимодействий однозамещенных алифатических соединений методом главных компонент. // Вест. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2000. Т. 41. С. 28-31.

100. Brameld К.А., Kuhn В., Reuter D.C., Stahl М. Small molecule conformational preferences derived from crystal structure data. A medicinal chemistry focused analysis. // J. Chem. Inf. Model. 2008. V. 48. P. 1-24.

101. Collins A., Parkin A., Barr G. et al. Identifying structural motifs in intermolecular contacts using cluster analysis. Part 2. Interactions of carboxylic acidswith secondary amides. // Cryst. Eng. Comm. 2007. V. 9. P. 245-253.

102. Parkin A. Uses of the dSNAP cluster analysis software for studying geometric information extracted from the Cambridge Structural Database. // Cryst. Rev. 2008. V. 14. P. 117-141.

103. Bruno I.J., Cole J.C., Edgington P.R. et al. New software for searching the Cambridge Structural Database and visualizing crystal structures. // Acta Cryst. 2002. V. B58. P. 389-397.

104. Macrae C.F., Edgington P.R., McCabe P. et al. Mercury: visualization and analysis of crystal structures. // J. Appl. Cryst. 2006. V. 39. P. 453-457.

105. CCDC. Vista a program for the analysis and display of data retrieved from the CSD. England, Cambridge Crystallographic Data Centre, 1994.

106. Roberts A., Withers P. StatistiXL, release 1.7. Australia, University of Western Australia, 2007.

107. Spek A.L. Single-crystal structure validation with the program PLATON. // J. Appl. Cryst. 2003. V. 36. P. 7-13.

108. Sheldrick G.M. SHELXTL. 1998. 5.10. Structure Determination Software Suite, Bruker AXS, Madison, Wisconsin, USA.

109. Молекулярные структуры. Под ред. Доменикано А., Харгиттаи И. М.: Мир, 1997. 671 с.

110. Харари Ф. Теория графов. М.: КомКнига, 2006. 296 с.

111. Зоркий П.М., Зоркая О.Н. Ординарная органическая кристаллохимия. Интерпретация наиболее вероятных гомомолекулярных структур. // Журн. структ. химии. 1998. Т. 39. С. 126-153.

112. Bondi A. Van der Waals volumes and radii. // J. Phys. Chem. 1964. V. 68. P. 441-451.

113. Китайгородский А.И. Молекулярные кристаллы. M.: Наука, 1971. 424 с.

114. International tables for crystallography. Volume A: Space-group symmetry. International Union of Crystallography, 2005. 932 p.

115. Банару A.M. Критическое координационное число в гомомолекулярных кристаллах. // Вест. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2009. Т. 50. С. 100-103.

116. Банару A.M. Структура и кристаллохимический анализ (4Е)- и (4Z)-6,6',7,7'-тетрагидро-5Н,5'Н-4,4'-бис-1-бензотиофенов. // Вест. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2009. Т. 50. С. 17-22.

117. Obodovskaya А.Е., Banaru A.M. Pseudosymmetry in the crystal structure of 2,6-dimethyl-3,5-dicarbomethoxy-4-(2',3'-dichlorophenyl)-l,4-dihydropyridine. // Struct. Chem. 2007. V. 18. P. 471-475.

118. Артамонов B.A., Словохотов Ю.Л. Группы и их приложения в физике, химии, кристаллографии. М.: Академия, 2005. 513 с.

119. Комаров В.Ю., Солодовников С.Ф., Курносов А.В. и др. Дизайн тетраэдрических каркасов в виде слоистых упаковок одинаковых полиэдрических полостей. // Журн. структ. химии. 2005. Т. 46. С. S177-S183.

120. McMullan R.K., Jeffrey G.A., Panke D. Polyhedral clathrate hydrates. XVI. Structure of isopropylamine octahydrate. // J. Chem. Phys. 1970. V. 53. P. 35683577.

121. Belsky A., Hellenbrandt M., Karen V.L., Luksch P. New developments in the Inorganic Crystal Structure Database (ICSD): accessibility in support of materials research and design. // Acta Cryst. 2002. V. B58. P. 364-369.

122. Debenedetti P.G. Supercooled and glassy water. // J. Phys.: Condens. Matter. 2003. V. 15. P. R1669-R1726.

123. Галиулин P.B. Кристаллографическая геометрия. M.: КомКнига, 2005. 136 с.

124. Делоне Б.Н. Теория планигонов. //Изв. Акад. наук СССР. Сер. мат. 1959. Т. 23. С. 365-386.

125. Неретин И.С., Словохотов Ю.Л. Кристаллохимия фуллеренов. // Успехи химии. 2004. Т. 73. С. 492-525.

126. Matsumoto М., Saito S., Ohmine I. Molecular dynamics simulation of the ice nucleation and growth process leading to water freezing. // Nature. 2002. V. 416. P. 409-413.

127. Zangi R. Water confined to a slab geometry: a review of recent computer simulation studies. // J. Phys.: Condens. Matter. 2004. V. 16. P. S5371-S5388.

128. Банару A.M., Словохотов Ю.Л. Водородные связи в карбонилированных 1,4-дигидропиридинах. // Журн. структ. химии. 2009. Т. 50. С. 768-773.

129. Банару A.M. Конформация 1,4-дигидропиридиновых антагонистов кальция и водородные связи в кристалле. // Вест. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2009. Т. 49. С. 385-388.

130. Coburn R.A., Wierzba М., Suto M.J. et al. 1,4-Dihydropyridine antagonist activities at the calcium channel: a quantitative structure-activity relationship approach. //J. Med. Chem. 1988. V. 31. P. 2103-2107.

131. Cosconati S., Marinelli L., Lavecchia A., Novellino E. Characterizing the 1,4-dihydropyridines binding interactions in the L-type Ca2+ channel: model construction and docking calculations. // J. Med. Chem. 2007. V. 50. P. 15041513.

132. Дашевский В.Г. Конформационный анализ макромолекул. М.: Наука, 1987. 288 с.

133. Пальм В.А. Основы количественной теории органических реакций. Л.: Химия, 1977. 360 с.