Per coltivare monocristalli di alta qualità adatti adiffrattometria a cristallo singolo, è richiesto un approccio multiforme, che comprenda la selezione del solvente, i metodi di crescita dei cristalli, il pretrattamento del campione, il controllo ambientale, l'ottimizzazione del sistema solvente, la considerazione delle caratteristiche strutturali molecolari e dettagli operativi meticolosi. Di seguito viene fornita una guida completa:

I. Selezione e proprietà del solvente

Solubilità moderata: il solvente deve avere una solubilità moderata per il campione. Una solubilità eccessivamente elevata può portare alla formazione di cluster cristallini, mentre una solubilità insufficiente non fornisce un soluto adeguato per la crescita dei cristalli.

Volatilità moderata: la volatilità del solvente è fondamentale. Un'elevata volatilità provoca una rapida evaporazione e una crescita cristallina rapida, spesso di scarsa qualità; una bassa volatilità porta a cicli di crescita eccessivamente lunghi.

Chiarezza ottica e conduttività termica: il solvente deve avere una buona chiarezza ottica per osservare il processo di crescita e una buona conduttività termica per facilitare il controllo della temperatura durante la preparazione delle soluzioni sovrassature e la fase di crescita.

Sistemi a solvente singolo vs. misto:

Solvente singolo: idealmente, utilizzare un singolo solvente che offra sia la solubilità che la volatilità appropriate per il campione.

Solvente misto: se un singolo solvente è inadeguato, una miscela di due o più solventi (ad esempio, CH₂Cl₂/E₂O, THF/Et₂O) può essere formulato per ottenere il profilo di solubilità e volatilità desiderato.

II. Metodi di crescita dei cristalli

Metodo di evaporazione lenta del solvente:

Principio: i cristalli si formano quando il solvente evapora lentamente, portando la soluzione da uno stato insaturo a uno sovrassaturo.

Applicazione: ideale per quantità moderate di campione (l'ideale è 10-25 mg).

Procedura: Utilizzare un solvente con punto di ebollizione moderato (60-90°C). Filtrare delicatamente la soluzione attraverso un piccolo tampone di cotone (non carta da filtro per evitare fibre). Chiudere l'apertura del contenitore con pellicola e praticare piccoli fori con un ago sottile per controllare la velocità di evaporazione.

Metodo di diffusione liquido-liquido:

Principio: un solvente "poor" si diffonde lentamente (tramite volatilizzazione o stratificazione liquida) in una soluzione del composto in un solvente "good", riducendo la solubilità e inducendo la cristallizzazione.

Applicazione: Adatto per piccole quantità di campioni.

Procedura: utilizzare una tecnica a strati: strato inferiore = soluzione in solvente buono; strato tampone intermedio = una miscela di solventi buoni e cattivi; strato superiore = solvente cattivo. Un rapporto solvente buono/cattivo da 1:2 a 1:4 è spesso efficace.

Metodo di diffusione del vapore:

Principio: simile alla diffusione di liquidi, ma il trasferimento del solvente avviene attraverso la fase vapore.

Applicazione: Adatto anche per piccole quantità di campioni.

Procedura: selezionare una coppia di solventi appropriata (ad esempio, DMF/Et₂O, NMF/esano).

Altri metodi:

Metodo di raffreddamento: la cristallizzazione viene indotta abbassando la temperatura per diminuire la solubilità.

Metodo idrotermale/solvotermico: utilizzato per composti altamente insolubili, che comportano reazioni e crescita di cristalli a temperature e pressioni elevate.

Metodo delle microgocce fuse: raccolta rapida di monocristalli da microgocce fuse, applicabile a composti specifici.

III. Pretrattamento e purezza del campione

Purezza del campione: il composto deve essere il più puro possibile (generalmente 95%) prima dei tentativi di cristallizzazione. Se la purificazione risulta difficoltosa, la ricristallizzazione ripetuta durante i tentativi di crescita può talvolta migliorare la purezza.

Pretrattamento del campione: dopo la dissoluzione, filtrare sempre la soluzione per rimuovere le impurità particellari. Evitare la carta da filtro; utilizzare un piccolo tampone di cotone in una pipetta per una filtrazione delicata.

IV. Controllo e osservazione ambientale

Ambiente silenzioso: posizionare l'impianto di cristallizzazione in un luogo privo di vibrazioni e indisturbato.

Osservazione regolare: ispezionare ogni 1-2 giorni senza toccare il contenitore. Utilizzare una torcia elettrica per controllare le dimensioni e la lucentezza dei cristalli.

Sostituzione tempestiva del solvente: se un sistema di solvente presenta evidenti problemi (ad esempio, produce solo precipitato amorfo o polvere), passare tempestivamente a un sistema di solvente diverso.

V. Ottimizzazione dei sistemi solventi e sovrasaturazione

Screening parallelo: se la quantità del campione lo consente, dividerlo in più porzioni per testare più sistemi di solventi contemporaneamente, riducendo significativamente i tempi di prova.

Tenuta meticolosa dei registri: conservare registri dettagliati per ogni tentativo (sistema solvente, temperatura, osservazioni) per acquisire conoscenze e ottimizzare gli sforzi futuri.

VI. Influenza della struttura molecolare sulla crescita dei cristalli

Strutture rigide: i composti con nuclei rigidi (ad esempio anelli aromatici) in genere cristallizzano più facilmente di quelli con strutture flessibili.

Lunghezza della catena alchilica: la cristallizzazione diventa notevolmente più difficile quando le catene alchiliche superano i quattro atomi di carbonio di lunghezza.

Tipo di sostituente: i sostituenti contenenti cloro spesso favoriscono la crescita di cristalli singoli.

Effetto dei gruppi terz-butile: se possibile, evitare i gruppi terz-butile, poiché introducono spesso disordine nel reticolo cristallino, compromettendo la qualità della soluzione strutturale.