基于四极核磁共振晶体学引导的晶体结构预测方法（QNMRX-CSP）实现L-丙氨酰胺盐酸盐全新晶体结构解析

本文推荐了一种创新的四极核核磁共振晶体学引导晶体结构预测方法（QNMRX-CSP），通过结合35Cl固态核磁共振（SSNMR）、粉末X射线衍射（PXRD）和密度泛函理论（DFT-D2*）计算，首次实现了L-丙氨酰胺盐酸盐（L-Ala-NH2）的从头（de novo）晶体结构解析，并利用13C和14N SSNMR数据验证模型，为有机固体材料的结构研究提供了新范式。

　　

Highlight

QNMRX-CSP（四极核磁共振晶体学引导的晶体结构预测）首次实现L-丙氨酰胺盐酸盐（L-Ala-NH₂）的从头（de novo）晶体结构解析！该方法通过整合³⁵Cl固态核磁共振（SSNMR）的电场梯度（EFG）张量数据、粉末X射线衍射（PXRD）的空间群与晶胞参数，结合蒙特卡洛模拟退火（MC-SA）和DFT-D2*计算，突破了传统单晶X射线衍射（SCXRD）对样品质量的限制，为微晶或纳米晶有机固体的结构研究开辟了新途径。

Results and Discussion

实验团队首先通过PXRD确定了L-Ala-NH₂的晶胞参数（空间群P2₁2₁2₁），并从³⁵Cl SSNMR谱中提取了关键的EFG张量参数（C_Q = 6.82 MHz, η_Q = 0.12）。通过DFT-D2*几何优化和EFG张量计算，筛选出最可能的候选结构。有趣的是，后续单晶X射线衍射（SCXRD）独立验证的结果与QNMRX-CSP预测高度吻合，误差仅0.1 ?！此外，¹³C化学位移和¹⁴N四极耦合常数的计算值均与实验数据匹配，证实了分子间氢键网络和氨基质子化的关键作用。

Conclusions

这项研究标志着QNMRX-CSP方法在完全未知体系中的首次成功应用。通过多核SSNMR（¹³C/¹⁴N/³⁵Cl）数据的协同验证，不仅提升了结构预测的可靠性，还揭示了氢键和分子堆积对EFG张量的调控机制。未来，该方法可扩展至含¹⁷O、²H等核素的有机-无机杂化材料研究，为药物多晶型开发和功能材料设计提供强力工具。