抽象
数十年来，卤代羧酸一直是化学合成中的重要化合物和生化研究中必不可少的研究工具。然而，结构特征简单的α-溴代一元羧酸的数量仍然有限。我们在这里报告（R）-和rac -2-溴-3-甲基丁酸（2-溴-3-甲基丁酸，1）的结晶和结构解析，以阐明分子间的相互作用，特别是氢键基序，堆积固态的模式和优选构象。（R）-和rac - 1的晶体结构由X射线晶体学揭示。两种化合物均在三斜晶体系统中以Z = 2 结晶。（R）-1显示两个晶体学上不同的分子。在晶体中，（R）-1形成具有非晶体C 2对称性的均手性O-H···O氢键合羧酸二聚体。相反，rac - 1具有中心对称的异手性二聚体，具有相同的羧基syn ··· syn同型合子。中心对称rac - 1的晶体堆积比对映体纯净的晶体堆积致密（R）-1。尽管晶体环境不同，但两个晶体结构中的分子均具有几乎相同的交错构象，这表明分子的结构优选为1。除经典的OH-··O氢键外，分子间的相互作用似乎对（R）-和rac - 1的固态结构没有关键影响。
1.简介
卤代有机化合物已受到相当的研究兴趣了几十年，不仅在化学合成[领域1，2，3 ]而且，因为它们的生物性质的[ 4，5 ]。特别地，已经合成和生化研究了大量的卤代羧酸。由于一元，二元和三元羧酸是许多生化途径中的重要中间体，由于它们能够模仿相应羧酸或二羧酸的特性，它们的卤代类似物已成为研究多种生物过程的重要研究工具。抑制关键酶[ 6，7]。尽管对卤代羧酸有巨大的研究兴趣，但剑桥结构数据库（CSD）中简单的α-溴化一元羧酸的晶体结构数量有限（截至2020年6月为13个）[ 8 ]。一个例子是溴乙酸，它在晶体（CSD参考代码：BRMACA）中形成一种常见的syn ·· syn氢键合的羧基二聚体（方案1）[ 9 ]。其它的是（ - ） - 2-bromosuccinamic酸（BRSCAM）[ 10 ]和2,3-二溴-3-苯基丙酸两种晶体形式（CSD refcodes：ROFNOQ和ROFNOQ01）[ 11，12 ]。
通常称为2-溴异戊酸或α-溴异戊酸的2-溴-3-甲基丁酸（2-溴-3-甲基丁酸，1）是手性α-卤代单羧酸。方案2描述了两种对映异构体，（S）-1和（R）-1。近100年前，已有报道称其通过分步结晶得以分离[ 14 ]。例如，Auterhoff和Lang使用这种方法从（S）-1和（R）-1制备催眠药和镇静剂溴isoval（2-溴-3-甲基丁脲或通常为溴戊酰脲）的对映体。通过各自的酰氯与尿素的反应[ 15 ]。尽管据我们所知并基于2020年5月对WebCSD的搜索[ 1 ]，人们早就知道1并可以从市场上买到[ 1 ]，但迄今为止尚未报道1的晶体结构。
由于分子的手性与晶体堆积中中心对称的氢键均合子形成之间的阻抑等现象，手性羧酸也引起了结构化学和晶体工程领域的研究兴趣[ 17 ]。对映异构体混合物基本上可以结晶为外消旋晶体，外消旋团块（已分解晶体的物理混合物），反型孪晶，无序固溶体[ 18 ]，或极少作为k草酸酯[ 19 ]。在这种情况下，1引起了我们的注意。我们已经结晶并研究了无溶剂1为了揭示优选的分子构象，晶体堆积，分子间相互作用和对映体混合物的结晶结果，采用X射线晶体学方法进行了分析。在这里我们报告（R）-1和rac - 1的晶体和分子结构。
2。材料和方法
（S）-和（R）-1购自Sigma-Aldrich（纯度96％），并直接使用。溶剂为分析纯，无需进一步纯化即可使用。通过在环境条件下缓慢蒸发溶剂，从乙醇溶液获得适用于单晶X射线衍射的（R）-1的晶体。为了获得rac - 1，将等摩尔量的（S）-和（R）-1在安装在Nikon SMZ 1500双筒显微镜上的Reichert热台（Mikroheiztisch）上一起熔化，并冷却至室温[ 20]。将如此获得的材料溶解在乙酸乙酯中。当溶剂在环境条件下缓慢蒸发时，出现了适用于X射线分析的rac - 1单晶。
的X射线强度数据是在上ENRAF-的Nonius Kappa值CCD为（100（2）K收集- [R - ）1和在Bruker AXS APEX II为外消旋 - 1，使用莫ķ α辐射在两种情况下。使用SADABS [ 21 ] 对数据进行缩放和校正吸收效应。晶体结构用SHELXT [ 22 ] 溶解，并用SHELXL-2018 / 3 [ 23 ] 精制。（R）-1和rac - 1的最高残留差电子密度峰是。来自溴原子的0.7Å，可归因于吸收效应。将碳键合的氢原子放在C 次甲基 -H = 1.00Å，C 甲基 -H = 0.98Å的几何计算位置上，并使用U iso（H）= 1.2 U eq（C）的骑乘模型精制（甲基为1.5组）。甲基的扭转角最初是通过差异傅立叶合成法确定的，随后在保持碳原子的四面角的同时精炼。（R）-1中的羧基氢原子位于差电子密度图中。在随后的改进中，将O–H距离限制为0.84（2）Å的目标值。在rac- 1，羧基的氢原子被放置在带O-H = 0.84埃的理想化氢键位置，并且使用riding模型细化。û 异（H）= 1.2 Ü 当量（O）被用于所有的羧基的氢原子。使用SWINXL分别使用TWIN / BASF指令和Parsons方法[ 25 ] 获得了Flack x参数的精炼值和精炼后值[ 24 ] 。所述夫特参数[ 26，27，28 ]用PLATON [计算29 ]。晶体数据和细化细节（[R ）- 1和外消旋 -1列于表1中。用DIAMOND [ 30 ] 绘制晶体和分子结构的图示。用MERCURY [ 31 ] 获得了结构重叠图和分子结构的均方根偏差。装箱指数用PLATON计算。
3.结果
发现（R）-1和rac - 1在三斜晶系中均在晶胞中具有两个分子时结晶。如图1所示，分子通过羧基与a 的顺式构象形成O–H···O氢键二聚体。 两个晶体结构中的基序[ 32 ]。在表2中给出了在（R）-1和rac - 1中的氢键的几何参数，并且在表3中列出了选择的键长，键角和扭转角。在（R）-1中遇到的同手性氢键键合的二聚体包含两个晶体学上独特的分子（Z '= 2），并且具有近似非晶体学C 2对称性，其双重旋转轴穿过晶体的中心。 氢键结并垂直于两个羧基的平均平面。相反，rac - 1中的氢键结合的二聚体是杂手性的并且跨过晶体学反转中心，因此是中心对称的。所选的rac - 1（Z'= 1）的不对称单元中的分子表现出R构型（见图1底部）。如方案3中的纽曼投影所示，（R）-1中的两个不同分子和rac - 1中的R对映体采用相同的交错构象。。这三种分子结构的结构覆盖图如图2所示。（R）-1中两个不同分子中各个非氢原子的均方根偏差为0.0322。在各自的非氢原子与rac - 1中的R对映体的原子之间，均方根偏差为0.0234和0.0243。
晶体中（R）-1的超分子结构的特征是，羧酸的α-碳原子与相邻分子的（正式）羧基C = O部分之间具有短的CH–H··O接触（图3） 。氢键基序描述符同样如此 。在rac - 1中，α-碳原子的次甲基不会形成类似的CH–H··O短接触。然而，（正式的）羧基C ＝ O部分被邻近分子的异丙基的甲基氢原子接近（C·O ＝ 3.58，见图S1）。在晶体堆积外消旋 - 1是更致密的比（[R ）- 1，这是从两者的三斜晶系晶胞的体积明显Ž = 2层的结构（表1）。因此，在每个分子外消旋 - 1占据5.2埃3晶体中的更小的空间比（[R ）- 1。计算得出的密度（表1）和rac - 1的68.2％和（R）-1的 66.2％的Kitaigorodskij堆积指数[ 33 ] 进一步表明rac - 1的晶体堆积比（R）-1的致密。在（R）-1和rac - 1中都没有观察到Br··Br或C·H··Br类型的短接触（相对于相应的范德华半径的总和）。
