摘 要

氢键是重要和常见的一种分子间作用力，其选择性和方向性等特点使其成为超分子组装最重要的推动力之一。氢键型晶体亦指氢键型超分子聚合物，是一种容易在水溶液通过氢键自组装得到的晶体，适合通过XRD射线衍射方法测定其物质结构，进而研究氢键在超分子自组装中的机理。

在广泛调研文献的基础上，发现了形成氢键型超分子聚合物的一些物质规律，即有机弱酸和弱碱之间，容易产生质子的不完全传递，通过溶液生成法可以得到氢键型晶体。本论文选定多胺和草胺酸（或草酸）作为氢键的受体和给体，进行尝试。发现配制含草酸和乙二胺的化学浓度分别为0.38 mol·L^-1和0.04 mol·L^-1的混合溶液，静置48小时后，有无色的片状晶体生成，通过XRD测定其化学式为[C₂ H₁₀ N₂][(C₂ H O₄) ₂]·H₂O。晶体属于单斜晶系，C2/C空间群，a=17.950(4) Ǻ，b= 5.6770(11) Ǻ，c=13.940(3) Ǻ，β=126.83(3)°。在乙二胺、草酸和水分子之间存在大量的氢键，是维系晶体结构的主要分子间作用力，产物被证明是通过氢键作用的超分子自组装产物。

关键词： 氢键 超分子 自组装 多胺 草胺酸

Abstract
Hydrogen bonding is one of the important and common molecular intermolecular forces. The selectivity and directional characteristics make it the most important impetus of supramolecular assembly. Hydrogen bonding crystal also refers to the hydrogen bonding supramolecular polymer, which is subject to be obtained in aqueous solution by hydrogen bonding self-assembly, and is suitable for X-ray diffraction method for determining the crystal structure. So further mechanism study of hydrogen bonding in the supramolecular self-assembly could be carried on.

On the basis of extensive literature research, the general rule on the formation of hydrogen bonding supramolecular polymer material is found. Namely between organic weak acid and weak base, there exists the incomplete proton delivery,which finally generates the hydrogen bonding crystal by solution growing method. In this paper,different types of multi-amine and oxamic acid (or oxalic acid) are selected as the hydrogen bonding acceptor or donor,attempting the assembly of supramolecular polymer. Formulated mixed solution containing oxalic acid (0.38mol·L^-1) and ethylene diamine(0.04 mol·L^-1) was allowed to stand for 48 hours,which generated colorless plate crystals. The chemical formula was verified by XRD measurement for [C₂ H₁₀ N₂][(C₂ H O₄) ₂]·H₂O. Crystal belongs to monoclinic system,C2/C space group,a=17.950(4) Ǻ,b= 5.6770(11) Ǻ,c=13.940(3) Ǻ, β=126.83(3)°. There are enormous hydrogen bonds between ethylene diamine, oxalic acid and water molecules,which are the main intermolecular force to maintain the crystal structure. The product is truly proved to be a supramolecular polymer via hydrogen bonding self-assembly.

Keywords: hydrogen bonding,supramolecular,self-assembly,multi-amine,oxamate

目录

第一章 综 述 1

1.1超分子的发展 1

1.2超分子组装体结构表征及方法 1

1.3氢键的特点 2

1.3氢键的种类 4

1.3.1醇类 4

1.3.2羧酸 5

1.3.3 酰胺 8

1.3.4 α-氨基酸 9

1.4氢键在分子组装中的作用和意义 11

第 二 章 实 验 部 分 12

2.1仪器与试剂 12

2.1.1 实验仪器 12

2.1.2 实验试剂 12

2.1.3 测试仪器 13

2.2 实验步骤及现象记录 13

2.2.1乙二胺与三（4—草氨酸）甲醇的单晶合成 13

2.2.2 联苯胺与草酸的单晶合成 14

图2.2 联苯胺 14

2.2.3 副品红碱与草酸的单晶合成 14

2.2.4 1，3，5—三（4—氨苯基）苯与草酸单晶合成 15

图2.4 1，3，5—三（4—氨苯基）苯 16

2.2.5苯胺和草酸尝试单晶合成 16

2.2.6三聚氰胺和草酸尝试单晶合成 16

2.2.7六亚甲基四胺和草酸尝试单晶合成 17

2.2.8二氰二胺和草酸尝试单晶合成 17

2.2.9乙二胺和草酸尝试单晶合成 18

2.3样品晶体结构的表征 18

第三章 结 果 与 讨 论 20

3.1测试结果 20

3.2.1 晶体结构讨论 26

3.2.2 合成条件讨论 27

第四章 结 论 与 展 望 28

4.1 结论 28

4.2 展望 28

参 考 文 献 29

致谢 31

第一章 综 述

1.1超分子的发展

1922年，Staudinger认为长链大分子构成聚合物。Lehn教授的倡导下，超分子聚合物科学与工程包括超分子聚合物化学、超分子聚合物物理和超分子聚合物工程也在上个世纪末蓬勃发展起^[1]。非共价键之间的相互作用必须足够强，除此之外要达到一定的聚合度^[2，3]，对非共价键之间相互作用的应用成为构造聚合物的新手段。由于非共价键之间相互作用的内在性质不同，我们可以将超分子聚合物分为氢键型、配位型或称为金属-超分子聚合物、P-P堆叠型、离子型和混合型^[3]。
超分子化学经历了20几年的不断发展，已发展成了超分子科学，并且为创造新物质、实现新功能开辟了一种有效途径。超分子的研究已从基础方面研究渐渐趋于高技术的应用，它在未来必定会为人类经济的发展作出不可磨灭的贡献。

1.2超分子组装体结构表征及方法

最近几年，超分子科学的突破性进展在很大程度上依赖新的表征手段和研究方法。纳米级别上研究超分子组装体结构与功能直接的关系，对建立超分子组装体结构和功能间的联系有帮助。扫描探针技术、高分辨透射电镜和近场光学显微镜等一类纳米表征方法的出现，让我们可以更加直接地研究超分子组

装体的形貌和拓扑结构，在很大程度上推进了超分子科学的研究进程。选区电子衍射有利于超分子组装体在几个纳米尺度上晶体结构的研究，高分辨电镜有利于分析样品微区组分，这些都能对超分子组装体的化学组成及结构进行表征。核磁共振技术有利于对超分子组装体在溶液中的结构和其结构变化进行研究。

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