Self-consistent determination and residual density analysis of electron density distributions in crystals from X-ray diffraction data

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Das zentrale Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mit theoretischen Mitteln die Zuverlässigkeit, Qualität und Genauigkeit experimentell bestimmter hochgenauer Elektronendichteverteilungen aus Röntgenbeugungsdaten von Kristallen zu quantifizieren und systematisch zu verbessern und in einem weiteren, separaten Ansatz auch die Dichtebeschreibung von Proteinstrukturen erheblich zu verbessern. Heutige Qualitätskriterien hochaufgelöster Röntgenbeugungsdaten entstammen der Ära der Standardstrukturbestimmung, in der lediglich Positions- und Schwingungsparameter von Modellatomen im Kristall bestimmt wurden. Diese Qualitätskriterien sind nicht mehr ausreichend. Daher sollen angemessene Deskriptoren zur Detektion und Quantifizierung z. B. systematischer Fehler im Rekonstruktionsprozess theoretisch entwickelt werden. Ebenfalls aus der Ära der Standardstrukturbestimmung stammt der Ansatz, Modellparameter so an experimentelle Daten anzupassen, dass sie lediglich statistisch mit den experimentellen Daten vereinbar sind. Das „Innenleben“ der Elektronendichteverteilung, nämlich die starken elektrostatischen Wechselwirkungen mit den Atomkernen, wird dabei ignoriert. Diese Wechselwirkungen sollen genutzt werden, um das Dichtemodell systematisch zu verbessern. Es kommen hierbei nicht wie bisher ausschließlich statistische, sondern auch physikalische Argumente zur Anwendung. Der eingeschlagene Weg führt weg von rein statistischen und hin zu selbstkonsistenten Ansätzen der Dichtebestimmung aus experimentellen Daten.