晶体工程及其在化学中的应用.pdf

第 期 无 机 化 学 学 报 ! B’C( $+- ’( ! 年 月 ! 2 DEFGG =0HIJK 0L F0I6JFD DEGFMIN :8(- ! # # 综 述 # # 晶体工程及其在化学中的应用 徐筱杰 唐有祺! , 北京大学化学与分子工程学院 北京 / - $.% $ 晶体工程是实现分子到材料的一条重要途径，化学家致力于晶体工程是为了更好了解分子间的相互作用 以便设计新颖的固体材料及固体反应。 关键词： 晶体工程 分子间相互作用 分子堆积 分类号： 0+ $1( 2 0%12 ! 前 言 晶体学工程是分子工程学的一个重要组成部分，它涉及分子或化学基团在晶体中的行 为、晶体的设计及结构与性能的控制，晶体结构预测，是实现从分子到材料的一条重要途径。 结构化学家及晶体学家多年来致力于晶体工程是为了更好的了解分子间相互作用，以便设计 新颖的材料及固体反应。 严格讲，分子晶体是一个无限大的超分子体系。分子晶体可以看成几百万个分子严格的 周期性的自组装而形成宏观尺度的超分子整体3 $4 。根据晶体中晶胞的周期性排列，晶体学常常 把这些无限大超分子体系缩减为一个有代表性的晶胞。因此固体超分子也是晶体学工程的一 个重要组成部分。事实上，晶体学已经大大促进固体超分子乃至整个超分子科学的发展。这是 由于晶体结构是可以通过5 射线晶体学精确测定的，可以通过大量的晶体结构数据分析得到 分子间的相互作用的规律，为超分子建筑打下坚实的基础。而溶液超分子体系的结构是难以 精确测定的，因此固体结构可以作为溶液体系的一个模型。 分子科学家使用各种方法已经合成数以千万计的化合物，超分子化学家已经发展许多新 的方法制备数目众多，千姿百态的超分子3 ! 4 。晶体工程则企图利用不同类型分子间相互作用的 能量及几何性质，构筑具有所希望结构和性能的晶体。这些方法与技术形成了晶体工程新领 域。晶体工程是由6789:8; ( =( ?97@A;? 于六十年代最早提出的。它最早起源于光化学及反 应的设计。近年来已取得许多进展。晶体工程的成功与否在于掌握分子间的相互作用及分子 在晶体中的取向。但是，在晶体中并不存在理想的几何关系，这是由于晶体中分子的几何关系 是许多类型分子间相互作用的平衡结果，因此统计分析已知的晶体结构对于研究分子间弱相 收稿日期： 。 !# $#$% 国家自然科学基金重大项目（ ）。 ’( !)))!*)#! !通讯联系人。 第一作者：徐筱杰，男， 岁，教授、博士生导师；研究方向：基于分子间相互作用的药物分子设计，有序高级结构分子 万方数据 +! 聚集体的结构研究 。 · · 无 机 化 学 学 报 第 卷 !# !$ “ ” 互作用是非常有用的。现代统计分析技术可以把晶体学 噪音 降到最小。随着剑桥晶体结构库 （ ） 收录结构数目的增长 目前已超过 !% 万个晶体结构 ，人们已经可以不断完善、修正对分子间 相互作用的认识，因此晶体结构设计也日趋完善。通过分子间相互作用的研究人们可以找到分 （ ） 子 或化学基团 结构及环境对晶体成核及生长以及对形成晶体结