Supramolecular Chemistry pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Beer, Paul D./ Gale, Philip A./ Smith, David K.

出品人:

页数:96

译者:

出版时间:1999-6

价格:$ 28.25

装帧:Pap

isbn号码:9780198504474

丛书系列:

图书标签:

超分子化学
自组装
分子识别
主客体化学
非共价键
分子机器
纳米科学
材料科学
化学
物理化学

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具体描述

This new text forms part of the on-going 'Primer Series' and as such provides a concise and fully illustrated introduction to the exciting field of Supramolecular Chemistry, which deals with interactions between molecules, and has become one of the fundamental areas of chemical research. This inderdisciplinary research area plays an increasingly important role for a number of reasons, ranging from the design of extraction agents for environmentally toxic species to the development of new pharmaceuticals. The book is structured in a logical manner which forms an ideal basis for a short lecture course suitable for advanced undergraduate or graduate students. Firstly, the general approach to supramolecular chemistry is discussed followed by the specific methods used to bind cationic, anionic and neutral guests. The discussion is then broadened to encompass the use of these methods to assemble remarkable, eye-catching architectures, and finally, the current and future applications of supramolecular chemistry are outlined. At the end of each chapter is a carefully selected list of leading references, and thus the book provides an ideal start for the initiate student.

晶体工程学：从分子设计到宏观功能材料的构建引言在物质科学的广袤疆域中，晶体结构以其高度的周期性和对称性，一直是理解物质性能与调控材料功能的核心。晶体工程学（Crystal Engineering）正是一门致力于精确控制分子如何在三维空间中自组装，从而设计出具有特定物理、化学或电子性能的新型晶体材料的交叉学科。它不仅仅是对既有晶体结构的被动描述，更是一种主动的、基于分子识别和结构导向的“自下而上”的构建策略。本书将带领读者深入探讨晶体工程学的基本原理、核心工具和前沿应用，重点关注如何利用非共价相互作用作为“分子胶水”，引导分子形成我们所期望的超分子结构。我们将避开侧重于分子间弱相互作用的传统“超分子化学”的某些特定分支，转而聚焦于晶体缺陷、生长动力学、多晶型现象以及这些宏观结构特征如何决定材料的最终性能。第一部分：晶体工程学的基石与分子识别晶体工程学的成功依赖于对分子间相互作用的深刻理解。与传统的化学键（如共价键）不同，晶体工程主要依赖于一系列相对较弱、但具有高度方向性的非共价相互作用。第一章：非共价相互作用的精细调控本章详细剖析了构成晶体骨架的关键作用力：氢键、卤键、$pi$-$pi$堆积、C-H...$pi$相互作用、范德华力以及离子间的静电作用。我们不仅会介绍这些相互作用的理论模型，更会侧重于它们的“可预测性”和“方向性”。例如，在羧酸或吡啶基团中，我们讨论了如何通过精确选择溶剂、温度或压力，将一维链状结构引导至二维层状结构，而非简单的囊泡或纤维。重点将放在如何量化这些作用的相对强度，以及它们在形成特定晶体拓扑结构中的主导地位。第二章：结构导向基元（Synthons）与晶体设计结构导向基元是晶体工程的“词汇表”。本章深入研究了官能团如何作为预编程的连接点。我们将分析经典的互补性基元对（如羧酸二聚体），并扩展到更复杂的、多官能团体系，如基于酰胺、脲基或氮杂环的结构单元。特别地，我们会探讨如何利用“冗余”或“竞争性”的官能团来引入结构多样性，并讨论如何通过“结构预测算法”来评估特定分子构象在晶格中形成稳定结构的概率。第三章：结晶过程的动力学与热力学控制晶体结构不仅是热力学上最稳定的状态，其形成路径也受到动力学因素的深刻影响。本章考察了结晶过程的各个阶段：成核、生长和成熟。我们将讨论过饱和度、降温速率和搅拌强度如何影响最终晶体的质量、尺寸分布和缺陷密度。我们将详细介绍“晶体工程中的过程分析技术（PAT）”，如在线拉曼光谱和聚焦光束反射测量（FBRM），用以实时监测晶体生长前沿的分子排列和结晶相的转变。第二部分：多晶型现象与晶体缺陷工程晶体工程学的核心挑战之一在于应对多晶型现象——即同一化学物质在不同晶体结构中存在的现象。本部分着重于如何理解和控制这些结构变异。第四章：多晶型与晶体结构预测（CSP）多晶型是材料科学中的一个关键问题，尤其在制药工业中。本章系统回顾了导致多晶型的主要原因，如分子构象异构体、晶格内溶剂或应力诱导的转变。我们聚焦于计算工具在预测候选晶体结构中的作用，特别是能量势函数的选择、晶格能量的计算，以及如何筛选出热力学上最稳定的多晶型。讨论将涵盖如何通过控制结晶条件来选择性地分离出特定晶型。第五章：晶体缺陷与结构完整性晶体并非完美无缺。在本章中，我们把焦点从理想的晶胞转移到晶格中的缺陷——空位、间隙原子、位错和晶界。我们将探讨这些缺陷如何影响材料的宏观性能，例如它们如何充当催化活性位点、如何影响半导体的载流子迁移率，或如何作为药物释放的储库。我们将讨论利用“晶体生长抑制剂”或“模板效应”来定向引入或消除特定类型缺陷的策略。第六章：共晶与盐型：固态配方工程共晶（Co-crystals）和盐型是晶体工程在功能材料领域最直接的应用。本章区分了共晶、盐、分子络合物之间的结构差异。我们详细阐述了如何利用共同的氢键网络或离子键，将两种或多种化合物结合到一个单一的晶格中，从而改善如溶解度、稳定性和机械性能等关键性质。重点分析了共晶形成单元的选择标准、中试规模的制备技术（如研磨法、熔融法）及其对最终晶体形态的影响。第三部分：功能化晶体材料的应用与未来展望晶体工程的最终目标是设计出具有可预测功能的结构。本部分展示了如何将分子设计转化为宏观应用。第七章：多孔晶体材料的构建与孔道功能化多孔材料，如金属有机框架（MOFs）或共价有机框架（COFs），是晶体工程的明星。本章侧重于如何通过选择特定的有机连接体和金属节点（或有机构件），来精确调控孔径、孔道几何形状和孔壁化学环境。我们将深入探讨如何进行“后合成修饰”（PSM），即在晶体形成后，通过官能团的取代或锚定，来选择性地活化孔道表面，以增强气体吸附、分离或催化性能。第八章：压电、热释光与机械响应晶体一些非中心对称的晶体结构具有重要的电学和光学活性。本章探讨了如何通过设计分子排列来实现非中心对称性。我们将分析电偶极矩的方向性排列如何导致压电效应或铁电性。此外，我们还将讨论机械力（如研磨或挤压）如何诱导晶体结构发生可逆或不可逆的相变（即“机械致变色”或“机械致相变”），以及如何利用这些响应性晶体进行传感器或数据存储的应用。第九章：从单晶到工程粉体：放大生产的挑战成功的晶体工程设计必须能够从实验室的微克级单晶转移到工业级公斤级的粉体生产。本章探讨了放大过程中不可避免的挑战，包括混合不均匀性、热点形成、剪切应力的影响，以及如何维持批次间的晶体结构一致性。我们将讨论如何利用过程建模来预测和控制大规模结晶过程中的晶体粒度分布和多晶型选择性。结论晶体工程学是一门将分子尺度上的精确控制转化为宏观功能实现的关键桥梁。本书构建了一个从理解非共价作用力、设计结构基元，到控制结晶动力学和应对结构缺陷的完整框架，旨在为研究人员和工程师提供一个坚实的理论和实践基础，以应对下一代功能材料的挑战。