8-3-3氢键和晶体设计

1.网络设计

通常由分子形成具有平移对称性的超分子结构，它是一种网络，理论上含有数目无限的分子。最简单的网络是有着一级平移对称性的一维α-网络。一般氢键结合的α-网络可由单一品种的分子组成，例如二级胺，如图8-9(a)所示。一个具有二级平移对称性的超分子结构是一个β-网络，它包含有可分成独立的α-网络或分立组装的亚结构。例如简单二酰胺的β-网络,如图8-9( c)所示。

第四种也就是最后一种超分子结构型式有着三级平移的对称性，称为γ-网络。在许多情况下，一个完整的晶体结构就是一个γ-网络。一个γ-网络应含有α-网络或是β-网络作为它的亚结构。如所示金刚石型网络。

在建立氢键结合的网络时，一个最重要的化学概念是互补性，也就是在数目、形状和原子间距离等方面氢键的给体和受体都得到密切配合。而重要的晶体学概念是对称操作，它把形成每个分子间氢键的两个分子相互关连在一起。一个成功的设计，需要连续的氢键式样，它维持着化学的连结性和联结的对称操作。

2.超分子瓣状体的构建
胍正离子(GM⁺)和碳酸基二聚体在晶体工程中广泛地用作结构基块。已有几

种有序的、扩展的氢键网络的实例，说明分子组分自组装成预先规定的堆积式样。

分子瓣状体的生成，例如磺酸胍盐，1,3,5-苯三酸等，决定于给体和受体的氢键结合点的数目及组分的三重轴对称性。利用胍正离子(GM⁺)和碳酸氢离子二聚体(HC^-)₂可制得新型的瓣状体[2GM·4HC]^2-4，示于图8-10中。由图可见，每个瓣状体中由2个GM⁺单元和4个HC^-单元组成准六重轴花瓣，它们是直线形条带结构中的一部分。因为在直线形条带4中，每个GM⁺单位有着一对自由的氢键给体点，一个带有合适的受体点的“分子连接体”，如对苯二酸盐5，或4-硝基苯甲酸盐6，都可用作平行条带的桥，形成层状网络。

3．管道型和层型负离子主体结构的设计

尿素包合物是管道型主宾体系的经典例子。由尿素、硫尿、硒尿、羧酸、碳酸根离子和一些中性分子一起可构建出多样性的主体结构。其中碳酸和羧酸表现出很高的通过氢键形成分子缔合的倾向。图8-11示意表示由两种合成子互相通过氢键结合，形成管道型的主体结构，其中可包合疏水型的或亲水型的客体分子。