前言

行業內公認，X射線粉末衍射圖譜（XRD）是確定藥物晶型最可靠的依據。在藥物晶型研究中，XRD也是最常用的晶型分析手段。測試得到一張XRD圖譜，主要目的是判斷其是何種晶型，是否有混晶。而這些都離不開分析圖譜與“XRD標準譜“的比對。

一、XRD標準譜獲取的三種途徑

（1）文獻報道：晶型專利、晶型研究論文文獻；

（2）購買”標準品”樣品，送檢測試得到XRD標準圖譜；

（3）單晶數據模擬計算得到XRD圖譜；

前兩種“XRD標準圖譜”獲取方法（文獻檢索和購買標準品送檢），應用比較普遍。而單晶數據模擬得到XRD獲取標準圖譜，往往被研究者忽略。單晶數據模擬計算得到的XRD圖譜本質上是“單晶衍射的XRD圖譜”，但“單晶”是理論上最理想化生長的晶型，因此單晶衍射的XRD圖譜可以等同為“純品”的標準圖譜使用。

文獻報道獲取“XRD”標準圖譜主要考驗文獻檢索能力，需要檢索的范圍較寬泛。但對于比較老的藥物（20年前的藥物），很少有專門做過晶型篩選和研究，因此也很難檢索到關于XRD圖譜的相應報道。

購買“標準品”獲取XRD標準圖譜是“最簡單和萬能”的獲取標準圖譜的方法。但購買有一定的購買周期，并且標準品的價格一般比較貴。所以，購買標準品獲取標準圖譜是“時效最低”和“最貴”的一種方式。

單晶數據模擬計算得到XRD圖譜對軟件使用和檢索能力都有一定的要求，但操作技巧比較固定，可復制和遷移性強，get這一技巧后，在文獻檢索不到標準譜的關鍵時候，可以高效的收集到目標的XRD標準圖譜。

二、單晶數據模擬計算得到XRD的標準譜圖的方法

第一步：獲得單晶數據的cif文件

獲得單晶數據是通過單晶模擬計算XRD標準譜的第一步。在藥物合成中，通常通過培養單晶確認化合物結構，自研的新藥一般都會有單晶解析數據（除非單晶非常難培養）。而對于很多比較老的藥物（20年前的藥物），劍橋單晶數據庫（https://www.ccdc.cam.ac.uk/structures/）大多也有收錄對應的單晶數據。

自研的單晶數據（即通過養單晶送檢獲得），獲取方式這里不用過多介紹，在送檢的單晶數據包里，找到.ci文件，.cif文件是最重要的單晶文件，不同單位對單晶的解析給出的列表可能會有部分的差異，但都一定會有.cif 文件，下圖是一個解析單晶文件中的列表示意圖，標識藍色的即是我們需要尋找的cif文件：

圖1  單晶文件的列表示意圖

劍橋晶體數據中心(CCDC, Cambridge Crystallographic Data Centre)源于劍橋大學Olga Kennard博士領導的晶體學組織的活動。收錄了自1965年起的晶體數據，公布出來的單晶數據，其都有收錄。CCDC（劍橋大學晶體數據庫）獲取單晶數據，具體方法如下：

檢索的網址和界面如圖2：https://www.ccdc.cam.ac.uk/structures/；

圖2  CCDC單晶數據庫的檢索界面

在使用經驗中，最精準的檢索方式是采用CCDC number，一個CCDC number對應一種特定的晶型的單晶數據；較常用的是使用化合物名稱和特定文獻資料檢索，可以檢索到特定化合物收錄的所有單晶數據。一般檢索中，大家都會靈活應用多種方式，接下來我們以疫情期間熱門的“瑞德西韋”藥物，作為單晶數據的檢索示例。因為是英文網站，需要用英文、英文、英文（重要的事情說三遍，哈哈哈）。前面提到，不管是自研的單晶數據還是通過劍橋晶體數據庫檢索得到單晶數據，主要目的都是得到單晶的.cif 文件，圖3是瑞德西韋單晶cif文件下載示意圖：

              圖3 CCDC單晶數據庫下載單晶.cif文件的示意圖

上述示例的檢索結果是瑞德西韋FormII晶型的單晶數據，左邊的一串數字1525480，就是劍橋晶體數據庫命名的CCDCnumber，論文文獻中，提到單晶數據時，常常會給出CCDCNumber的數據，因此如果能留意到文獻中提到的CCDC Number 檢索會非常精準。劍橋數據庫中還收錄了瑞德西韋中間體6的單晶數據，文獻[1]J.Med.Chem.2017,60,1648-1661;  [2] doi:10.1038/nature 17180中，提到中間體6單晶的CCDCNumber是1445315，大家可以嘗試檢索一下喔，限于篇幅，這里不過多展示了。

第二步軟件（Mercury）一步搞定模擬計算

單晶模擬計算的軟件很多。單晶數據模擬計算得到“單晶衍射的XRD圖譜”（前面說明過，可以比擬純品的標準譜），常用的是Mercury和Materialstudio（較專業的晶體計算軟件）。Material Studio即大家常說的MS，專業功能非常強大，很多權限也需要付費，對于日常工作中分析單晶結構及模擬計算，Mercury是最優的。Mercury可以在CCDC官網渠道上下載（https://www.ccdc.cam.ac.uk/）→support& Resource→download→Mercury

圖4 CCDC官網上獲取Mercury軟件的示意圖

安裝Mercury成功后，打開軟件讀取單晶數據的.cif 文件，以上圖3示例中下載的瑞德西韋Form II 單晶（CCDC number 1525480），來演示“一步法”模擬計算的操作open→calculate→powder pattern：

圖5 一步操作：模擬計算得到XRD圖譜

小結：單晶模擬計算得到XRD圖譜可以作為純品的標準譜使用。本文詳細總結了單晶模擬計算XRD譜圖的軟件下載、操作以及CCDC晶體數據庫的使用，希望對讀者有一定的幫助。

三、結后語

本文為個人經驗的總結，難免會有紕漏和不足，愿大家積極留言討論。上篇推文“DSC隱藏的大信息-多晶型相互轉化”一文，有留言表明文獻解讀中A，B應該互換，事實確實如此。看到這個留言，非常欣喜，因為自己寫的東西，有人在非常非常認真的閱讀，這也是我寫下去的動力和樂趣所在。

參考文獻

[1] Siegel D , Hui H C , Doerffler E , et al.Discovery and Synthesis of a Phosphoramidate Prodrug of aPyrrolo[2,1-f][triazin-4-amino] Adenine C-Nucleoside (GS-5734) for theTreatment of Ebola and Emerging Viruses[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2017,60(5):1648.

[2] doi:10.1038/nature 17180

[3] K 布拉克 E A 卡拉，吉利德科學公司，CN201880028988.9