Kristalografi mineralojinin bir dalı olup, minerallerin şekillerini ve iç yapılarını, düzenleri ile beraber tuzdan tutun kar tanelerine ve değerli taşlara varıncaya kadar her yerde olan kristalleri inceleyen bilim dalıdır.
Kristalograflar, atomların düzenininin bilinmesisi ile Kimyagerler, fizikçiler, biyologlar ve diğerleri tarafından kullanılan bilgileri sağlamak için kristallerin özelliklerini ve iç yapılarını kullanırlar. Moleküler yapının analizi, kimya alanında yapılan çoğu araştırmanın önemli ve hassas kısmını oluşturmaktadır. Moleküler yapı tayininin önemi ve amacı alana göre farklılık gösterebilir. Am analitik teknikler hemen her alanda aynıdır. Kütle spektroskopisi, nükleer manyetik rezonans ve mikroskopi en çok uygulanan yöntemlerden sadece birkaçı olarak verilebilir.
Belirlenmesi gereken yapının karmaşıklığına göre, analitik teknikler tek başına ya da bir arada kullanılır. Özellikle son yıllarda geliştirilen bu teknikler, yapı tayini konusunda bize büyük kolaylık sağlasa da hemen hepsinin bazı olumsuz yönlerinin de olduğunu göz ardı etmememiz gerekli.
Kristalografi Ders Notları
Kullanılan tüm bu tekniklerle elde edilen raporların yorumlanması, zaman ve para sorunu olarak araştırmacıya geri dönmektedir. Hatta harcanan para ve zamana karşın, yapının tayin edilemeyeceği durumlarla da karşılaşıyoruz. Akıllara bu noktada bir soru geliyor: “Yapı tayini için kusursuz bir yöntem geliştirilemez mi?”.
Ne yazık ki, henüz molekülümüzü içine koyduğumuz ve bize yapıyı ekrana çizen bir cihaz bulamadık ama buna en çok yaklaştığımız tekniğin adı “X-ışını kristalografisi”. Tanımlamamız gerekirse, kristal elde edebildiğimiz moleküllerde üç boyutlu atom yapısının X-ışını dağılımı ile belirlenmesi diyebiliriz.
X Işını Kristalografisi Ne Demektir?
Bu noktada belirtmek gerekir ki, bu yazının amacı, size X-ışını kristalografisi ile ilgili detaylı bilgi vermek yerine, oyunun kurallarını değiştirmeye çalışan bir araştırma grubunun başarısından ve planlarından bahsetmektir. Böylece, biraz önce sorduğumuz soru da belki yazının sonunda yanıtlanabilir.
X-ışını kristalografisi elimizdeki en iyi teknik olmasına rağmen birçok sıkıntıyı da beraberinde getiriyor. Öncelikle mokekülünüz katı olmak zorunda. Zaten moleküllerin büyük çoğunluğu katı dediğinizi duyar gibiyim. İkinci sorunumuz ise X-ışınının dağılımını sağlayacak kadar iyi kalitede kristal elde etmelisiniz (Resim 1). Tek kristal eldesi konusunda bilinen birçok yöntem var ama bu yazıda bu detaylara girmeyeceğiz. Belki ilerleyen zamanlarda bu konuda bir derleme yapılabilir. Üçüncü ve en önemli sorun ise, iyi bir kristal elde etmek için bilginizin yanında şans da sizinle olmalı. Herşey yolunda giderse, yapı hakkında çok az bilginiz olmasına rağmen, deneyimli bir kristalografın yardımıyla sonuç alabilirsiniz.
Kristalografi Hakkında
Buraya kadar X-ışını kristalografisi hakkında genel bir özet yaptık. Belirttiğimiz en önemli husus da şansa ihtiyacımız olduğuydu. Yani şans yanınızda değilse yapı tayini yapmanızın imkânı yoktur. Hadi Tokyo Üniversitesi’nden bir grup araştırmacıya kulak verelim.“Bazı bileşikler kolayca kristallenirken, bazıları çok zor, sıvı oldukları için bazılarını kristallendirmek ise imkânsızdır”
Bunlar Makoto Fujita’nın sözleri. Prof. Fujita, Tokyo Üniversitesinde, Dr. Yasuhide Inokuma’nin yürüttüğü, birazdan detaylarını vereceğimiz projeyi yönetiyor. 2013 yılında yayınlanan çalışmalarıyla oyunun kurallarını değiştireceğe benziyorlar.
X-ışını kristalografisi için iyi kalitede tek kristal elde edilebilen, süngere benzeyen yapılar sentezliyorlar. Sentezlenen süngerimsi metal-organik yapılar, geniş ve düzenli boşluklar içerdikleri için küçük organik molekülleri kolaylıkla içlerine alabiliyorlar. Bu küçük organik yapılar kristallenmesi zor yapılar olabileceği gibi, sıvı bileşikler de bu yöntemde kullanılabiliyor.
Biraz daha basitçe açıklamak gerekirse, metal-organik kafesi muhtemelen yakın zamanda satın alabilecek duruma gelecektir. Yapı tayini yapılması gereken organik maddemizi, satın aldığımız kristalin üzerine damlatıyoruz (µg düzeyinde çalışmak yeterli). Hedef bileşik bu kristalin içindeki boşluklara yerleşiyor. Sonuç olarak sıvı olan ya da kristallenmemekte ısrar eden moleküllerimizi, başka bir tek kristalin içerisine yolluyoruz. Bu yolla kristallendirme yapmadan, yapımızı X-ışını kristalografisi ile aydınlatmamız mümkün hale geliyor.
Unutulmaması gereken ise, geliştirilen yöntem tüm dikkatleri üzerine çekmesine rağmen, çok ciddi dezavantajları da içinde barındırıyor. Fujita’nın 22 Kasım 2013, Zürih Alfred Werner Sempozyumu’ndaki sunumunu dinleme şansı buldum. Aklımda kaldığı kadarıyla dezavantajlardan bazıları;
Yöntem total sentezle veya deniz canlılarından elde edilen moleküllerin stereokimyası hakkında bilgi vermesi için test edilmesine rağmen, alınan sonuçlar %100 başarı göstermiyor. Büyük oranda doğruluk payı olsa da, sonuca tam anlamıyla güvenmek mümkün değil.
Sonuç
Belki de en büyük olumsuzluk, yöntemin protein yapı analizi için kullanılamaması. Sebebi gayet açık; sünger yapının içindeki boşluklar proteinlerin girebileceği kadar büyük değiller. Fujita grubunun bundan sonraki hedeflerinden biri daha büyük boşluk içeren metal-organik yapıların elde edilmesi yönünde. Bu sorunlara cevap bulabilirlerse, çok yakın zamanda Fujita ve grubunun Nobel Ödülü’nü eve götürdüklerine şahit olabiliriz.
İkarus sendromu nedir? isimli maklemizi okumak için linke yıklayınız.
