几种极性有机晶体的生长习性与形成机理 2: 分子堆积、界面结构与晶体的习性

极性有机晶体在不同的溶剂中具有明显不同的生长习性, 主要有两个方面的原因: 一是极性有机晶体属非中心对称性晶类, 晶体具有极轴, 极轴的存在对分子堆积和晶体生长具有重要影响; 另一是极性有机晶体的界面结构不同, 溶剂与晶体界面的相互作用不同, 使得晶体同一面族的生长速率不同, 从而导致了晶体习性的改变。本文从几种典型极性有机晶体的分子排列和结构特征出发, 着重探讨了极性有机晶体的界面结构的差异对晶体习性的影响; 结合晶体生长界面与溶剂分子的相互作用进一步理解了晶体生长的溶剂效应; 通过理解极性有机晶体的习性机制, 探讨了晶体实际形态的控制。     

几种极性有机晶体的生长习性与形成机理 2: 分子堆积、界面结构与晶体的习性

极性有机晶体在不同的溶剂中具有明显不同的生长习性, 主要有两个方面的原因: 一是极性有机晶体属非中心对称性晶类, 晶体具有极轴, 极轴的存在对分子堆积和晶体生长具有重要影响; 另一是极性有机晶体的界面结构不同, 溶剂与晶体界面的相互作用不同, 使得晶体同一面族的生长速率不同, 从而导致了晶体习性的改变。本文从几种典型极性有机晶体的分子排列和结构特征出发, 着重探讨了极性有机晶体的界面结构的差异对晶体习性的影响; 结合晶体生长界面与溶剂分子的相互作用进一步理解了晶体生长的溶剂效应; 通过理解极性有机晶体的习性机制, 探讨了晶体实际形态的控制。     

几种极性有机晶体的生长习性与形成机理

有机晶体特别是极性有机晶体, 在不同的溶剂中具有明显不同的生长习性。本文通过对4-氨基-4'-硝基二苯硫醚(ANDS)等几种典型极性有机晶体在不同溶剂中的生长习性和结晶形貌的讨论, 提出了偶极生长基元叠合模型, 从两个方面探讨了这些习性的形成机理, 即(1)有机晶体在不同的溶剂中具有不同结构和形式的生长基元(对于极性有机晶体而言, 这些生长基元都具有偶极子特征), 而不同的生长基元往晶体的各个面族上叠合的相对速率不同, 从而导致了晶体习性的改变; (2)晶体生长界面的性质不同, 特别是对于极性晶体, 晶体界面的极性不同;不同的溶剂与生长晶体的界面相互作用不同, 即使同种溶剂对晶体不同界面上的作用也不同, 因而改变了生长界面的性质,影响了生长基元在晶体界面, 特别是晶体正、负极面上的叠合速率, 从而导致了晶体形貌的变化。由此比较合理地解释了晶体所呈现的不同的生长习性, 特别是合理地解释了极性有机晶体所呈现的极性生长特征。     

酸性有机磷类萃取剂单分子膜的气-液界面行为:亚相pH和铺展溶剂的影响

液-液两相萃取过程中,有机磷类萃取剂分子的界面行为决定了其以何种形式参与到界面萃取反应中.为了阐明萃取剂分子界面行为的变化特点,采用Langmuir单分子膜技术研究了单分子膜中P507分子在气-液界面的吸附和聚集行为随亚相pH、有机溶剂极性的变化.通过测定表面压-分子面积等温线,并采用界面红外反射吸收光谱（IRRAS）分析表征气-液界面P507分子间相互作用,结果发现,以正己烷作铺展溶剂时,随亚相pH的降低,P507单分子膜质子化程度提高,P507分子极性端水化能力削弱,分子间相互作用增强,单分子膜中形成含有分子间氢键的聚集体.但采用极性有机溶剂（二氯甲烷和氯仿）铺展P507单分子膜,膜内P507分子界面聚集状态发生变化.铺展溶剂极性增强,单分子膜内会含有更多极性端水化能力强的P507分子单体,并且亚相pH降低,单分子膜不会出现类似正己烷条件下的π-A曲线收缩和P-O-H基团峰位红移现象.这证实了有机铺展溶剂极性可以改变P507单分子膜中分子界面存在形式和聚集状态.本工作为深入理解溶剂萃取过程中水油两相界面处酸性有机磷类萃取剂分子的聚集行为变化及其对界面反应活性的影响机制奠定了基础.     

单嘧磺隆晶体-活性构象转换的分子动力学模拟

应用分子动力学模拟方法对单嘧磺隆在水、正辛醇和正辛烷3种不同溶剂中的构象行为、单嘧磺隆与3种溶剂之间的相互作用能及氢键相互作用进行了计算研究. 计算结果表明, 在3种不同的溶剂中, 单嘧磺隆的优势构象不同; 其构象转换过程, 特别是转换成活性构象的过程主要发生在水溶液中; 与溶剂分子间的相互作用是分子构象行为的决定因素; 单嘧磺隆的脲桥部分可以和含氢键接受体的溶剂形成氢键, 分子间与分子内氢键的竞争可能是从晶体构象转换成活性构象的主要驱动力.     

有机超薄膜诱导下的晶体生长

在有机超薄膜的存在下，由于界面具有局域化学控制、空间定位与约束，分子间互补等作用，影响了水溶液晶体生长的机制，使晶体生长有确定的取向，改变了晶体的形态甚至结构、性质。这对于进一步模拟生物体系中的矿化过程，制备新型无机功能材料以及晶体工程的发展都具有深远意义。     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF_6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用(英文)

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义.本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF6])+水+乙醇和[Bmim][PF6]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究,计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能,并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能.在此基础上,研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为.结果表明,水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用,醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用;库仑力主导阴离子-溶剂相互作用,色散力主导阳离子-溶剂相互作用,阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小,对库仑力的影响非常显著.     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义. 本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF₆])+水+乙醇和[Bmim][PF₆]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究, 计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能, 并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能. 在此基础上, 研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为. 结果表明, 水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用, 醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用; 库仑力主导阴离子-溶剂相互作用, 色散力主导阳离子-溶剂相互作用, 阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小, 对库仑力的影响非常显著.     

钙离子对表面活性剂单层膜聚集结构的影响

采用分子动力学模拟研究了气液界面上钙离子对阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠单层膜聚集结构的影响.结果表明,单层膜结构与表面覆盖度及Ca2＋离子存在与否均有关系.Ca2＋离子能够压缩表面活性剂极性头使聚集结构排列更加紧密,均力势体现了Ca2＋离子与极性头之间的结合能力强弱,二者之间的相互作用与稳定的溶剂分离极小值有关,而Ca2＋离子需要克服一个溶剂能障才能与之发生相互作用,并引起极性头周围水分子结构的重排.模拟表明,分子动力学方法可以在分子水平上研究无机盐离子对表面活性剂单层膜水化结构的影响,解释无机盐离子在界面膜中的动力学行为.     

气相扩散法生长溶菌酶晶体的动态光散射研究

首次采用动态光散射研究了气相扩散法生长溶菌酶晶体.实验中采用了两种溶解溶菌酶的方法,所得实验结果是有区别的.这种区别表明了NaCl对溶菌酶分子间相互作用产生十分重要的影响.实验结果表明,晶体生长过程中,溶液中溶菌酶始终保持单分子与两分子聚集体的状态,这种状态是生长晶体的基础.     

含偶氮苯基团的三枝状凝胶因子的合成和凝胶性质研究

设计合成了一种中心为三乙基氨基,酰胺基作为氢键连接基团,柔性的烷基链连接偶氮苯基团的含多种分子间弱相互作用的三枝状有机凝胶因子1.由于偶氮苯基团处于分子的外缘,在THF溶液中,凝胶因子1表现出良好的光致变色行为.凝胶性能测试中,分子间存在氢键作用、π-π相互作用等使得该化合物在醇类、有机酸类和乙腈等极性溶剂中极易形成稳定的有机凝胶.在少数的非极性溶剂,如正己烷和环己烷中也可以形成稳定凝胶,并且随着溶剂极性的不同,凝胶形貌呈现出规则的纤维状或带状结构.     

氮氧自由基的研究VIII. 关于溶剂极性经验参数的讨论

作者测定了有机溶剂-水二元混合溶剂体系中2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧自由基(TMPO)的ESRaN 值. 这类混合溶剂体系中aN-m关系可归属有机二元混合溶剂体系的四种典型线关系. 比较了几种溶剂极性经验参数, 说明各种经验极参数-m关系图的差异是特定模型反痘中溶剂分子与溶质分子间相互作用不同的反映. 对二元混合溶剂体系而言, aN-Er(30),aN-Z一般不具有线线性关系, 认为溶剂极性经验参数是溶剂(包括溶剂混合物)对模型化合物溶剂化能力的标度, 给出了在各种溶剂体系中的aN 测定值, 作为溶剂对中性偶极分子相对溶剂化能力的经验标度.     

氮氧自由基的研究——Ⅷ.关于溶剂极性经验参数的讨论

作者测定了有机溶剂-水二元混合溶剂体系中2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TMPO)的ESRa_N 值.这类混合溶剂体系中 a_N-m 关系可归属有机二元混合溶剂体系的四种典型线型关系.比较了几种溶剂极性经验参数,说明各种经验极性参数-m 关系图的差异是特定模型反应中溶剂分子与溶质分子间相互作用不同的反映.对二元混合溶剂体系而言,a_N-E_T(30),a_N-Z 一般不具有线性关系,认为溶剂极性经验参数是溶剂(包括溶剂混合物)对模型化合物溶剂化能力的标度,给出了在各种溶剂体系中的 a_N 测定值,作为溶剂对中性偶极分子相对溶剂化能力的经验标度.     

L-精氨酸-顺丁烯二酸超分子复合物晶体组装中的氢键

一些结构简单的羧酸类有机小分子可能存在于生命起源前的地球上.对这些有机小分子与氨基酸分子相互作用得到的超分子复合物单晶体结构的研究,对于我们理解化学进化过程,探讨生物分子的聚合形式和分子间相互作用的实质有重要意义[1,2].     

光电功能有机晶体研究进展

近几年光电功能有机单晶的研究取得一些重要进展, 是有机光电材料研究领域新的热点. 与无定形材料相比, 有机单晶具有高的稳定性、结构上的有序性、高的载流子迁移率等特性, 在光电器件应用方面具有诸多优势. 单晶具有明确的结构, 为研究有机分子间的基本作用力(超分子作用)、分子的堆积模式等对光电性能(发光、载流子迁移等)的影响提供了一个极好的载体. 通过调控有机晶体中的分子排列, 有机晶体的发光效率已超过80%, 载流子迁移率达10 cm²·V^&;#8722;1·s^&;#8722;1水平, 并在多种晶体中观测到放大受激发射现象. 本文着重介绍光电功能有机单晶的研究进展, 其中涉及一些相关的基本原理介绍.     

拓扑化学聚合在高分子晶体材料制备中的应用

高分子具有分子量大且呈多分散性、分子间相互作用复杂等特点,很难通过直接溶液组装的方式实现其分子长程有序的规整排列,因此,大尺寸高分子晶体的制备一直都是高分子科学领域中的挑战之一.拓扑化学聚合是一种合成有机高分子材料的重要手段,具有无需溶剂、环境友好及立体性与区域性反应产率高等优点.同时,其还可以通过对有机分子结构的有效控制,实现单体分子晶体到高分子晶体的直接转换,是一种潜在的制备高分子晶体的有效途径.本文系统总结了目前报道的可通过拓扑化学聚合实现高分子晶体制备的一些代表性材料体系,如烯烃及其衍生物类、丁二炔及其衍生物类、叠氮-炔烃类、富勒烯类等,讨论了它们的反应特性及条件,同时简单介绍了对所获高分子晶体材料的基本表征方法和潜在应用领域,并讨论了该领域研究中所存在的各种机遇与挑战.     

在非水溶剂中聚甲基丙烯酸甲酯及其甲基丙烯酸共聚物与Rh6G的相互作用

本文用乙酸乙酯与不同比例乙醇配成混合溶剂, 考察在不同极性的介质中, Rh_6G对聚甲基丙烯酸甲酯及其与甲基丙烯酸共聚物分子形态的影响, 以及聚合物对Rh_6G荧光强度的影响, 发现Rh_6G与聚甲基丙烯酸甲酯没有特殊相互作用, 而与共聚物的相互作用受溶剂的极性影响很大, 随着极性增加, 从氢键作用过渡到静电作用。     

在热液条件下晶体的生长基元与晶体形成机理

本文通过电泳实验研究了热液条件下,水晶(SiO_2)、钛酸钡(BaTiO_3)晶体生长基元与晶体形成机理。提出晶体生长基元具有负离子配位多面体结构,与晶体中负离子配位结构相当。根据负离子多面体往晶体各族晶面上叠合的难易程度,解释了晶体结晶形貌与物理、化学条件之间的关系。随着生长条件的变化生长基元的维度也有所不同,不同维度的生长基元往各族晶面上的叠合速率发生相应改变,从而解释了晶体形貌的多变性。     

蜜胺-巴比妥酸衍生物有机复合物纳米结构组装的化学微环境调控

综述了从互补的蜜胺和巴比妥酸衍生物分子组分出发, 通过调节组装过程中的化学微环境, 可控制分子组分所包含的信息表达从而制备不同有机纳米结构的研究进展. 研究结果表明, 在经严格无水处理的氯仿中进行组装得到的是一种周期为4.1 nm的非中心对称的层状结构. 如果在含有微量的极性溶剂如乙醇的氯仿进行组装得到的是一种直径为6 nm、长度为数百纳米的有机纳米管结构, 这种有机纳米管在合适的极性溶剂诱导下可以进一步组装形成直径为300 nm, 长度为几十微米的超螺旋结构. 这是由于诱导组装的分子间非共价键相互作用其焓变较小, 外部环境的微小变化就会打破原有的平衡条件, 从而导致组装体结构的重排和转化.     

极性晶体结晶习性的形成机理

将负离子配位多面体生长基元模型应用于对极性晶体结晶习性的研究。从结晶化学角度探讨了晶体中负离子配位多面体的结晶方位与晶体各族晶面显露规律，提出负离子配位多面体在晶体各族晶面上联结的稳定性决定了晶面的生长速率。在不同的生长温度和溶液碱浓度下，负离子配住多面体相互联结构成不同维度的生长基元，而不同维度的生长基元往晶体各族晶面上叠合的速率比例是在变化的，这是导致晶体结晶形态多变性的主要原因。同时提出：如果把PBC模型中的化学键链设定为配位多面体相联结的键链，使得极性晶体结晶习性中难以解释的问题就会迎刃而解，从而使PBC理论模型的应用会得到更进一步的拓宽。