8-3-2晶体工程中氢键的式样

在超分子化学、分子识别和晶体工程领域中，氢键是不可缺少的工具用以设计分子聚集体。由于晶体的性质依赖于它的结构，利用具有某种特殊性能的原料设计出所需的晶体是可做到的。晶体工程已在许多领域有着丰富的成果，如生物分子底物的结合和识别，反应活性和催化作用，石油化工，以及新的非线性光学材料和铁电材料的合成等。

近年来，晶体工程为了设计出新式样的晶体，对于那些能形成较强的和稳定的分子间相互作用的有机化合物，如碳水化合物、羧酸和酰胺以及无机化合物中相似的物种产生很大兴趣。通过研究，已在分子水平上，把识别的几何学与功能性和超分子式样的设计联系在一起。反过来这些超分子式样又可以使晶体具有特定的物理性质和化学性质。

有机合成和晶体工程都力求统一到固体的分子识别式样中去。这种情况已通过实验反复地观察到，特定的构建基块或超分子合成子都清楚地显示出优选的式样。包含有这种基块的分子趋于结晶出同时在能量上有利、在密堆积上有效的排列的物种。下图及图8-8示出晶体工程中一些优选的式样：条状、带状、环状和层状的聚集体，其中三角形代表相同的或不同的模版组分，虚线代表分子间相互作用。

条状和带状聚集体由于在材料科学中的应用，对晶体工程已显示出其重要性，例如通过氢键产生分子平移的稳定性，使晶体出现极性，这是导致许多物理性质的必要条件。层型聚集体由于能构建出具有特定性能的排列，有利于开拓应用途径，引起人们的兴趣。

羧酸是晶体工程中为了控制功能团式样常用的化合物，它最普遍的连接式样是形成二聚体和多聚体。含有小取代基的羧酸，如甲酸和乙酸，一般形成多聚体合成子；其他取代基，特别是带芳香基团的羧酸则形成二聚体。例如对苯二酸和间苯二酸形成一维的条带，1,3,5-苯三酸利用它三重轴对称性形成二维氢键结合的层，而金刚烷-l,3,5,7四羧酸则形成金刚石型的骨架，如右图所示。