论文总字数：19522字

摘 要

在最近几年发展中，共晶体材料的合成、结构及性能研究正变得特别火热，研究共晶体材料的合成、结构对材料的认识和发展具有十分重要的意义，它与分子或化学基团在晶体中的行为、晶体结构与性能的设计和控制、晶体实际结构推测的研究有着密切关联，是实现从分子到材料的一条重要路径。分子晶体是一个无限大的超分子体系。从宏观上，我们可以把分子晶体看成一个由成数千万个分子严格地按照周期性自组装而形成的超分子整体。我将简要介绍晶体工程的性能、结构、研究发展现状。实验会通过以氨基类小分子与含有羧基的有机小分子结合，溶液冷却结晶法制得目标共晶体。对实验所得的析出物运用XRD粉晶衍射分析技术判断是否生成新共晶体，用红外技术测出相应的进而分析分子与分子之间的弱相互作用，解析分子晶胞常数，从而完成新共晶体的结构解析。

关键词：晶体工程 超分子 粉末X射线衍射 晶体结构测定

Abstract

In recent years the development of crystal ,studies on the synthesis and structural properties of crystalline materials are becoming particularly hot.It is of great significance to study the synthesis and structure of the understanding and development of the materials.It is closely related to the behavior of molecules or chemical groups in the crystal, the design and control of the crystal structure and the properties of the crystal structure and the actual structure of the crystal. It is an important path to realize the molecular to material.Molecular crystal is an infinitely large supramolecular system.From the macroscopic view, we can regard the molecular crystal as a supramolecular whole formed by the tens of millions of molecules in strict accordance with the periodic self-assembly. I will give a brief introduction to the performance, structure and development status of crystal engineering. In the experiment, the solution cooling crystallization process was prepared by the combination of amino groups with small molecules containing carboxyl groups. To test the obtained precipitates using XRD powder diffraction analysis technology to determine whether to generate new eutectic, with infrared technology measure corresponding and analysis of the weak interaction between the molecules and molecular analysis of lattice constants, thus completing the new cocrystal structure analysis.

Keywords: crystalengineering; supermolecule; powder X-ray diffraction; crystal structure determination

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2共晶的研究方法 1

1.2.1 溶液结晶法 1

1.2.2固态研磨法 2

1.2.3 超声法 2

1.2.4 超临界流体法 2

1.3共晶的鉴定方法 2

1.3.1 X射线衍射法 2

第二章 实验方法与步骤 6

2.1 实验内容与目的 6

2.2 实验原料 6

2.3实验设备与装置 7

2.4 实验步骤 7

2.5实验原料溶解性 10

2.6实验配方与现象 11

第三章 实验结果与讨论 14

3.1 产物XRD和红外测试表征 14

3.2 三乙烯二胺/L-扁桃酸共晶体的晶体结构测定 25

3.2.1指标化 25

3.2.2 Pawley 全谱拟合 25

3.2.3 晶体结构解析 26

第四章 结论与展望 29

4.1结论 29

4.2展望 29

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1引言

有机小分子的共晶有机共晶体在非线性光学、铁电性、热电性等方面具有广阔的应用前景,因此当前合成出具有特殊性质的材料是晶体工程领域十分活跃的高端方向^[7]。首先晶体工程是M.J .Schemidc根据光化学及反应设计早在六十年代就被提出。晶体学工程作为分子工程学中最为重要的一章不仅与分子或化学基团在晶体中的行为、晶体结构与性能的设计和控制、晶体实际结构推测的研究有着密切关联，还是目前能实现从分子到材料的一条非常重要的路径^[6]。新奇的材料和固体反应都是结构化学家和晶体学家多年来对晶体工程中分子间作用力的研究所得来的成果^[18,20]。从宏观上，我们可以把分子晶体看成一个由成数千万个分子严格地按照周期性自组装而形成的超分子整体^[1,3]。依据晶体中晶胞按周期性排列的特点，晶体学家经常会把这些无限大超分子体系浓缩为一个极具代表性的晶胞。X射线、红外等是测定晶体结构常用的方法，然后把测得到的大量的晶体结构数据分析和得到的分子间的相互作用的规律，作为未来发展的坚实的数据库。超分子化学家已经通过长期的实验得到许多新的能够有效制备各式各样的超分子方法^[4]。正是因为不同类型分子间相互作用的能量和几何性质有着特定的值，所以晶体工程学家才能有希望制备所期望的结构与性能的晶体。这些方法与技术正慢慢地推动着晶体工程向新领域迈进。

1.2共晶的研究方法

为了研究共晶，所以我们必须知道共晶的合成方法，目前通过两种方法互补来制备共晶的。第一种利用是物质间的结构上的相互作用，我们可以把这个过程看成是对物质的装扮。第二种则是通过物质两两互相作用的特定关系，从分子结构来方面来预计两两相互作用的能量，然后将超分子的合成子设计出来。本文将介绍4种主要合成方法：

1.2.1 溶液结晶法

共晶可以通过蒸发溶液、降低溶液温度、混悬溶液法、熔融结晶等溶液结晶法来制备得到。如果使用溶液结晶法，就必须要满足形成共晶的原料之间的作用要比原料各自的相互作用力强^[15]。

1.2.2固态研磨法

早在1844年WÖhler利用固态研磨法制成功地备出了醌和对苯酚的共晶。固体研磨法原理：通过机械作用力诱导物质以非共价键的方式形成共晶。固态研磨法主要又分为两种方法：第一种是无液干磨，就是直接研磨，在其研磨过程中不加入任何溶剂到研磨工具中。第种二方法是加液共磨，就是在研磨前或研磨后加入适量的溶剂，促进共晶的形成。其利用的原理是：固体与固体的反应能力取决于各个组份在结构上的互补和组份间的移动性，加入适量的物质很有可能有利于非共价键的相互作用。

1.2.3 超声法

超声法制备共晶不仅操作简单还能有效的提高产率，重要的是还可以对物质进行筛选。超声法还可以在使用溶液结晶法和固态研磨法难以形成共晶时，加速共晶的合成。

1.2.4 超临界流体法

超临界流体发具有很强的诱导力，媒介在它这种特性下可以产生分子间作用力，从而形成共晶。运用此实验方法还能有效地提高共晶体的热稳定性并且当反应结束后有机溶剂处理也是非常方便。

1.3共晶的鉴定方法

对共晶的鉴定方法主要有X射线衍射法、红外光谱法和热分析法等，但是本实验多次运用XRD粉末衍射，所以我会向大家简单的介绍一下XRD衍射^[16]。

1.3.1 X射线衍射法

X射线衍射是一种无损分析测试技术，它广泛应用于材料，精密机械，物理等多种专业。它的优点在于信息全面、操作简便、样品用量少、可以回收、不会污染对样品、衍射强度准确等。实验室中X射线通常是由X射线机产生的，X射线从本质上来说，也是电磁波，其波长范围在0.01~1000 Å之间，介于紫外线和γ射线之间，但没有明显的分界线。它在传播过程中携带着一定能量，所带能量的多少，即表示其强弱度。XRD衍射分析的原理：由于X射线的波长与原子的大小似及物质中相邻原子间距离相近，因此X射线照到试样时，可以产生衍射现象，所产生衍射线的方向由(1-1)布拉格方程：

nλ=2dsinθ (1-1)

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