Project

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High-end X-ray diffraction instrumentation for chemical crystallography

Applicant Neuburger Markus
Number 157777
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Institut für Anorganische Chemie Departement Chemie Universität Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Inorganic Chemistry
Start/End 01.06.2015 - 31.05.2016
Approved amount 300'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Inorganic Chemistry
Organic Chemistry

Keywords (4)

structure determination; ultra high-brilliance X-ray source; very small crystals; absolute structure

Lay Summary (German)

Lead
Vor etwas mehr als 100 Jahren wurde entdeckt, dass sich Röntgenstrahlen mittels kristalliner Gitter beugen lassen und dass sich auf diese Weise Informationen über den Aufbau der Moleküle und die dreidimensionale Anordnung der Atome in den untersuchten kristallinen Substanzen gewinnen lassen. Heute ist diese Methode zur Bestimmung der Struktur von Molekülen eine unverzichtbare Hilfe in vielen Bereichen der modernen Forschung geworden. Von Salzen und Mineralien über organische und metallorganische Substanzen bis hin zu Proteinen bietet diese Methode einzigartigen Einblick in den Aufbau der Moleküle.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Immer wieder stossen die Forscher jedoch bei den Beugungsexperimenten mit Einkristallen an Grenzen. Nicht jeder Kristall streut die Röntgenstrahlen gleich gut, und nicht immer wachsen die Kristalle in der Art und Weise, wie sie für das Röntgenbeugungsexperiment optimal wären. Oft aber bleiben die Kristalle einfach zu klein für die erfolgreiche Messung mit normaler Laborausstattung.

Um auch diese schwierig zu messenden Proben erfolgreich strukturell charakterisieren zu können braucht es zwei Dinge. Einerseits braucht es einen intensiveren Primärstrahl, und andererseits einen empfindlicheren Detektor, um auch schwache Signale mit guter Genauigkeit messen zu können. Mit dem neuen Diffraktometer, das mit den besten heute erhältlichen Komponenten hergestellt ist und somit diese beiden Anforderungen erfüllt, werden Strukturbestimmungen deshalb auch unter erschwerten Bedingungen möglich sein.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Viele Produkte des täglichen Gebrauchs, vom Medikament bis zur Solaranlage, von der Funktionsbekleidung bis hin zu neuartigen Lichtquellen für den Alltag, sind ohne Kenntnis der Struktur der verwendeten Substanzen nicht denkbar. Den Rahmen der mit dieser Methodik zur Strukturanalyse zugänglichen Substanzen auszuweiten ist deshalb ein Anliegen, dass in langfristiger Sichtweise von allgemeinem Interesse ist, denn die Grundlagenforschung von heute ist die Basis innovativer Produkte von morgen.

Direct link to Lay Summary Last update: 03.02.2015

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Rotationally Restricted 1,1′-Bis­(phenylethynyl)ferrocene Subunits in Macrocycles
Hoffmann Viktor, Jenny Nicolas, Häussinger Daniel, Neuburger Markus, Mayor Marcel (2016), Rotationally Restricted 1,1′-Bis­(phenylethynyl)ferrocene Subunits in Macrocycles, in European Journal of Organic Chemistry, 2016(12), 2187-2199.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Dr. Patrick Shahgaldian/FHNW Switzerland (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
Prof. Dr. Bernhard Spingler/University of Zurich Switzerland (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
Prof. Dr. Nicolas Blanchard/UAH, Mulhouse, France France (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
146231 From organic mixed valence to photoinduced proton-coupled multi-electron transfer 01.10.2013 Project funding (Div. I-III)
143592 Novel Calixarene-Based Solid Lipid Nanoparticles (SLNs) as DNA Cargo Tools: new Surface Major Groove Binders 01.10.2012 Project funding (Div. I-III)
144028 Directing Neurite Outgrowth through Synthetic Natural Products 01.10.2012 Project funding (Div. I-III)
137597 Photoactive coordination polymers and networks 01.10.2011 Project funding (Div. I-III)
146361 Asymmetric Catalysis 01.04.2013 Project funding (Div. I-III)
140348 Synthetische Nanoskalige Objekte - Bausteine von funktionalen Materialien und von Funktionseinheiten 01.04.2012 Project funding (Div. I-III)
126888 Bioactive natural products - linking chemical and biological information for lead discovery, preliminary SAR and assessment of undesired pharmacological properties 01.03.2011 Project funding (Div. I-III)
144500 Sustainable nanoscale and materials chemistry 01.10.2012 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The determination of the three-dimensional structure of molecules using X-ray diffraction is an invaluable tool of modern chemical research. The prerequisite of such investigations is always the availability of a suitable single crystal. Very high brilliance of the primary X-ray beam in conjunction with an outstanding detector system is the solution in the case where the single crystals obtained are of good quality, but too small for successful structure determination using a conventional X-ray source.The brand new Ga-Metaljet X-ray generator offers a primary beam that is about one order of magnitude more intense than all other X-ray sources that are currently available on the market for laboratory use. The main benefit of this instrument is, that it combines a completely new and innovative setup to produce the X-rays with the well established multilayer optics which results in an extremely intense illumination of very small samples. The anode of this generator consists of a jet of liquid metal inhibiting the problem of the anode melting at higher loads of energy. Together with the single photon counting detectors produced by Dectris in Baden, Switzerland, which market their products under the brand names Pilatus and Eiger, this setup offers the most advanced X-ray detection technology available today.This new solution opens the way for many experiments to be run successfully in house, from small molecule work to macromolecular structures. It is in particular very well suited for small crystals of organic molecules. Its wavelength that is slightly shorter than the wavelength obtained from a Cu-anode makes it possible to collect more data, while the spot separation for long unit cell axes is still ways better than with Mo-radiation.In the following pages it will be demonstrated how this new device increases the possibilities of the investigation and elucidation of the structure of samples for which it would not be possible to measure them successfully using a standard laboratory X-ray source.
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