在一项新的研究中，一位科学家称之为令人瞠目结舌。加州大学洛杉矶分校/加州理工学院联合研究团队已经证明，只需要30分钟就能得到小分子的结构，比如一些激素和药物。这比以前少了几天甚至几天。
该团队使用了一种叫做微电子衍射(MicroED)的技术，用于研究更大分子的三维结构，尤其是蛋白质。在这项新的研究中，研究人员表明，这项技术可以应用于小分子，并且这一过程的准备时间远远少于预期。与相关技术不同——其中一些技术涉及盐粒大小的晶体生长——正如新的研究证明的那样，这种方法可以用于普通的起始样品，有时甚至可以从烧杯的侧面刮下粉末。发表在《ACS Central Science》杂志上的这项新研究的合著者、加州理工学院化学教授布莱恩斯托尔茨(Brian Stoltz)说，“我们使用了你能得到的最低样本，几乎在任何时候都获得了最高质量的结构。”。"当我第一次看到结果时，我的下巴撞到了地板上。"本文于10月中旬首次在预打印服务器Chemrxiv上发布，已被浏览超过3.5万次。
这种方法在小分子样品上运行良好的原因是，尽管样品看起来像简单的粉末，但它们实际上包含微小的晶体，每个晶体比少量的灰尘小大约10亿倍。研究人员以前就知道这些隐藏的微晶，但他们没有意识到它们可以很容易地用MicroED揭示晶体的分子结构。斯托尔茨说：“我认为人们没有意识到这些微晶在粉末样品中有多常见。“这就像科幻小说。我不认为这种情况会发生在我的生活中——你可以看到粉末结构。”
这些结果对于想要确定小分子结构的化学家来说是有意义的，小分子被定义为重量小于约900道尔顿的小分子。道尔顿是氢原子的重量。这些微小的化合物包括一些在自然界中发现的化学物质，一些生物物质，如激素，以及许多治疗药物。MicroED结构发现方法可能的应用包括药物发现、实验室分析、医学检测等。例如，斯托尔茨说，这种方法可能用于在运动员中测试最新的提高成绩的药物，其中可能只存在微量的化学物质。
“制造新分子最慢的一步是确定产品的结构。加州理工学院的罗伯特格拉布、维克多和伊丽莎白阿特金斯化学教授说：“现在可能不再是这样了，因为这项技术有望彻底改变有机化学。2005年获得诺贝尔化学奖，没有参与这项研究。“在此之前，结构测定的最后一个重大突破是核磁共振波谱，它是由加州理工学院的杰克罗伯茨在20世纪60年代末引入的。”像其他合成化学家一样，斯托尔茨和他的团队花时间试图找出如何在实验室中使用基本原材料组装化学物质。他们的实验室专注于天然小分子，如真菌中的-内酰胺，与青霉素有关。为了构建这些化学物质，他们需要确定反应中分子的结构——中间分子和最终产物——以确定它们是否在正确的轨道上。
一种技术是x光结晶学，化学样品被x光击中，x光衍射它们的原子；那些x光衍射图揭示了目标化学物质的三维结构。通常，这种方法用于求解真实大分子的结构，如复杂的膜蛋白，但也可以应用于小分子。挑战在于，为了实施这种方法，化学家必须从样品中制造出合适尺寸的晶体块，这并不总是那么容易。斯托茨说：“我花了几个月的时间试图为我的一个样品购买合适的晶体。另一种可靠的方法是核磁共振(NMR)，它不需要晶体，但需要相对大量的样品，这可能很难积累。此外，核磁共振只提供间接的结构信息。
以前，micro id-类似于X射线结晶学，但使用电子代替X射线-主要用于结晶蛋白质，而不是小分子。合著者塔米尔戈宁是加州大学洛杉矶分校的电子晶体学家，他开始在弗吉尼亚州的霍华德休斯医学研究所研究蛋白质的微电泳技术。他说，在加入加州大学洛杉矶分校并与之合作后，他开始考虑在小分子上使用这种方法。加州理工学院加州大学洛杉矶分校化学和生物化学助理教授Hosea Nelson(博士' 13)说：“Tamir一直在将这项技术用于蛋白质，只是提到有时他们只能使用粉末状的蛋白质样本来使用它。“我的头脑被这个吹走了，你不需要生长晶体，然后团队开始意识到我们可以把这个方法应用到一类全新的分子上，这对所有类型的化学都有广泛的影响。”
该团队测试了几个不同质量的样品，没有试图结晶它们，并且可以确定它们的结构，因为样品中有丰富的微晶。他们成功地获得了品牌药物泰诺和Advil的研磨样品的结构，并且他们能够从四种化学物质的粉末混合物中识别不同的结构。加州大学洛杉矶分校/加州理工学院团队表示，希望这种方法将成为未来化学实验室的常规方法。斯托尔茨说：“在我们的实验室里，每天都有学生和博士后研究人员在制作全新独特的分子实体。“现在我们有能力快速找出它们是什么。这将改变合成化学。”
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