配位聚合物 晶体工程 晶体结构 稳定性 多孔材料 氢键作用

氢键在现代化学中的作用随着科学的不断发展,现在化学的研究对象，已经远远超出了常规的、以共价键为基础的分子，它包括从原子、分子片、结构单元、分子、高分子、生物大分子、超分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集体、组装体、分子材料、分子器件和分子机器。

化学已从分子化学发展为超分子化学，超分子化学是分子以上层次的化学，是化学、生物学、物理学、材料科学、信息科学、环境科学等学科相互交叉融合的产物。

超分子化合物因其在光、电、磁化学和分离、吸附、催化等领域所具有的应用前景而备受青睐。

而分子之间以及分子以上层次的超分子及有序高级结构的组装体，则是依靠分子间的相互作用如氢键、范德华力、偶极-偶极相互作用、亲水-疏水相互作用、π-π堆积力等将分子结合在一起。

在各种分子间相互作用中，氢键占有很特殊的地位，被称作为“超分子化学中的万能相互作用”。

氢键有别于其他分子间相互作用之处在于：（1）氢键在类型、长度、强度和几何构型上是变化多样的，每个分子中的一个强氢键足以决定固态结构，并且在很大程度上影响其液态和气态的存在。

弱氢键在稳定结构中也起到一定的作用，当有很多氢键协同作用时效果可以变得很显著；（2）氢键具有方向性、饱和性和可预见性，能够设计和合成出含有特征质子给体和特征质子受体的分子，可以按照所希望的方式将一定的结构单元或功能单元通过氢键组装成具有优异的光、电、磁、催化、生物活性等特性的材料；（3）氢键强度介于化学键和范德华力之间，形成和破坏都比较容易，其动态可逆的特点，使其对外部环境的刺激能产生独特的响应，在决定材料的性质和新型材料的设计中至关重要。

因此，氢键在现代化学、材料科学以及生命科学中所起的作用越来越重要。

通过氢键形成超分子超分子是指由2种或2种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起,组装成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性,具有明确的微观结构和宏观特性。

超分子不是分子的简单聚集,它的结构和特性与它们的纯分子组分的聚集性质不同。

１、国外多孔配位聚合物部分研究工作的介绍最具有里程碑意义的一个化合物是美国密歇根大学Ｙａｇｈｉ教授课题组在∞年发表的一个锌的对苯二甲酸盐ＺｍＯ（ＢＤＣ）３－（ＤＭＦ）８（ＣＢＨｓＣＩ）［２５ｌ。

其骨架Ｚｎ４０（ＢＤＣ）３是由四聚的锌簇ｚｎ４（ｏ）（Ｃ０２）６与去质子的对苯二甲酸（ＢＤｃ）连接而成。

每个四锌簇在上、下、左、右、前、后六个方向与六个ＢＤＣ连接，而每个ＢＤＣ连接二个锌四簇。

这样的连接方式形成了一个简单立方拓朴的三维中空骨架，见Ｒｇ．１。

每个分子式对应着八个ＤＭＦ及一Ｆｉｇ．１ＯｎｅｏｆｔｈｅｃａｖｉｔｉｅｓｉｎｔｈｅＺ嘣ｏ）（ＢＤＣ）３，ＭＯＦ－５．ｆｒａｍｅｗｏｒｋ．个氯仿分子作为客体填充在孔道中。

这些客体占据的体积是化合物总体积的，即孔积率约弱％。

热重和Ｘ射线粉末衍射研究证明化合物在加热过程中客体分子可以除去并在３００度内其骨架仍然保持完好。

氮气吸附实验表明该化合物在除去客体后表现出很大的比表面积。

如果把气体吸附看成是单层的覆盖，其Ｌａｎｇｍｕｉｒ表面积为２９００ｎｆｇ－１。

这个数值比报道过的沸石类多孔材料大了许多。

他们后来把这个化合物称为ＭＯＦ－５。

随后在眩年，该课题组报道了一系列ＭＯＦ－５的衍生物闭。

这些衍生物都是通过改变配体的长度或官能团得到的。

其中一个衍生身ＭＯＦ－６被证实Ｌａｎｇｍｕｉｒ比表面积高达２６３０ｎｆｇ－１，而有趣的却是它对甲烷有着很强的吸附能力。

常温下０到４２个大气压内的吸附实验表明它对甲烷的最大吸附量是２４０ｃｒｎ３／ｇ。

这个数量超过沸石的吸附量以及一些其它的配合物。

如果在同样的体积下，３６个大气压ＭＯＦ－６所装的甲烷量是２０５个大气压下钢瓶所装的甲烷量的７０‰除了对甲烷存储的研究，该课题组也进行了这类化合物对氢气存储的研究，其结果于０３年发表ＩｚＴ］。

实验结果证明ＭＯＦ－５在７８Ｋ下可以吸附４．５％质量分数的氢。

而ＭＯＦ－８在室温１０巴（１巴等于０．∞７个大气压）下可吸附２％质量分数的氢。

氢键对物质结构和性质的影响及其应用前景夏菲 王宙 郭培培 陈俏（西北大学化学系05级化学专业 西安 710069）摘要：本文主要论述氢键在结构和性质两方面对物质的影响，并讨论了氢键的广泛地应用前景。

关键词：氢键物质结构性质影响氢键（Hydrogen Bonding）是指与电负性极强的元素X相结合的氢原子和另一分子中电负性极强的原子Y之间形成的一种弱键。

可以表示成X—H…Y。

氢键虽然是一种弱键，但由于它的存在，物质的性质出现了反常现象，在形状结构等方面受到了很大的影响。

下面将从氢键的形成、特征、对物质结构和性质的影响和应用前景等方面逐一论述。

氢键由于广泛存在与化合物中，因此在研究化合物的性能时，氢键起着重要的作用。

氢键的键能介于共价键和范德华力之间，其键能小，形成或破坏所需的活化能也小，加上形成氢键的结构条件比较灵活，特别容易在常温下引起反应和变化，故氢键是影响化合物性质的一个重要因素。

1．对物质构型的影响氢键对物质的结构和构型有着很大的影响，就蛋白质而言，蛋白质分子是由氨基酸组成的，有多个氨基酸通过肽键而形成的多肽称为多肽链，氨基酸在多肽链中按一定顺序排列构成蛋白质的肽链骨架，称为蛋白质的一级结构。

在多肽链中oc和NH可形成大量的氢键（N—H…O）使蛋白质按螺旋方式卷曲成立体构型，称为蛋白质的二级结构。

近年来的研究指出，二级结构是合理的螺旋结构，可见氢键对蛋白质维持一定空间构型起着重要的作用。

2．对物质性质的影响2.1对化合物的沸点和熔点影响在有机物分子内形成氢键时，分子间的结合力降低，因而使化合物的熔点、沸点减低，如邻硝基苯酚的沸点是45℃，间位和对位分别是96℃和114℃，因为邻硝基苯酚中―OH与―NO2相距较近，―NO2上的氧可以与―OH上的氢形成分子内氢键（螯环），这样就难能再形成分子间氢键，减弱了邻位异构体分子间的引力；而在对硝基苯酚分子中，则由于―OH与―NO2相距较远，不能在分子内形成氢键，而分子间通过氢键缔合起来，所以前者熔沸点低、挥发性高，后者熔沸点高、挥发性低，前者可以随水蒸汽挥发。

配位聚合物材料配位聚合物是指通过有机配体和金属离子间的配位键形成的，并且具有高度规整的无限网络结构的配合物。

配位聚合物的设计与合成是配位化学研究的重要内容。

配位聚合物研究需要把有机配体的结构和不同配位能力的给体原子与具有不同配位倾向性的金属离子综合考虑，是无机、有机、固态、材料化学的交叉科学。

由有机配体和金属离子形成任何复合物物种原则上都是一个自组装过程，配体聚合物的设计重点在于配体的设计和金属离子的选择，二者相互作用产生重复单元，按被控方式形成确定的结构。

在自发过程中，充分利用了两类组分的结构和配位性质：金属离子一方面像结合剂一样把具有特定功能和结构的配体结合在一起；另一方面，又作为中心把配体定位在特定的方位上。

虽然配位聚合物的结构也有可能展现出不同于组成成分的性质，但是设计最终目的仍是通过预先设计结构单元来控制最终产物的结构和功能，在非线性光学材料、磁性材料、超导材料及催化等多方面都有极好的应用前景。

配位聚合物在多孔材料、催化、发光、磁学、药物存储和运输等方面具有潜在白勺应用价值,是当今化学、材料科学、生命科学等分析领域白勺热点课题之一。

羧酸类配体配位才能强、配位方式灵敏,还可以将金属离子连接成刚性次级构造单元(SBU),和金属离子配位组装可以生成许多构造新颖、性质共同白勺配位聚合物材料。

本论文在配位聚合物晶体工程白勺指导下,分别以1,5-二硝基萘-3,7-二甲酸(H2NNDC)和2,2＇,4,4＇-联苯四甲酸(2,2’,4,4’-H4bptc)为桥联配体,同过渡金属离子或者镧系金属离子配位组装,或引入联吡啶类中性桥联配体或螯合配体辅助配位,构筑了32个新颖白勺零维、一维、二维和三维构造白勺化合物,在晶体构造分析白勺基础上分析了部分配位聚合物白勺磁性、稳定性和发光性质。

分析工作主要分为以下几个部分：1.1,5-二硝基萘-3,7-二甲酸配合物：以H2NNDC为桥联配体,或者辅以不同长度白勺联吡啶类桥联共配体(4,4＇-联吡啶(4,4’-bipy)、1,2-二吡啶基乙烯(bpe)、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(dabco))和螯合端基共配体(1,10-邻菲啰啉),通过水热、溶剂热法分别合成了25个零维、维、二维和三维构造白勺配合物,测定了它们白勺晶体构造,从晶体工程角度讨论了合成方法、反响条件和共配体对配合物构造白勺影响,并分析了其中多孔材料白勺热稳定性、客体分子交换性质以及部分配合物白勺磁学性质。

系列Ｃｏ配位聚合物的合成，结构及自旋转换和光一电性能的研究系列Ｃｏ配位聚合物的合成、结构及自旋转换和光一电性能的研究博士生：金晶指导教师：牛淑云教授专业：物理化学方向：功能分子设计与研制摘要配位聚合物是金属离子和有机配体通过自组装而形成的无限结构的配位化合物。

由于它在光、电、磁、催化等领域具有诱人的应用前景，被认为是当前最有潜在能力的功能材料，已成为无机化学和材料化学领域的研究热点之一。

它的目标是通过金属离子和有机配体间的相互作用，设计合成具有理想结构和特定功能的稳定分子体系和特殊功能的材料。

本文围绕当前关于配位聚合物研究的若干热点，采用溶剂热合成、水热合成和微波合成等方法，以Ｃｏ（ＩＩ）或Ｃｏ（ＩＩＩ）为中心原子，通过与有机配体的自组装，共合成了ｌＯ种Ｃｏ（ＩＩ）或Ｃｏ（ＩＩＩ）及Ｆｅ（ＩＩＩ）的配位聚合物和３种Ｃｏ（ＩＩ）的二聚物，它们的分子式如下：（１）｛［ｃｏ（ｐ·４，４’ｂｉｐｙ）（４，４’·ｂｉｐｙ）２（Ｈ２０）２］，（ＯＨ）３－（Ｍｅ４Ｎ）‘４，４’－ｂｉｐｙ。

４Ｈ２０｝ｎ（２）｛［Ｃｏ（ｐ－４，４’一ｂｉｐｙ）（Ｈ２０）４］－ＳＵＣ－４Ｈ２０｝。

（３）［Ｃ０２（Ｉａ２一ｂｔｅｃ）（ｐｈｅｎ）２（Ｈ２０）４］（４）【Ｃ０２（９２一ｂｔｅｃ）（ｂｉｐｙｈ（Ｈ２０）４‘Ｈ２０（５）［Ｃ０２（１ａ２－ｂｔｅｃ）（ｐｈｅｎ）２（Ｈ２０）ｄ·２Ｈ２０（６）ｆＣ０４（出一ｂｔｅｃ）（ｂｉｐｙ）４（ＨｚＯ）４］ｎ（７）［Ｆｅ２（№一ｂｔｅｃ）（Ｉ＿ｔ２－Ｈ２ｂｔｅｃ）（ｂｉｐｙ）｝２（Ｈ２０）２１ｎ（８）［Ｆｅ２（ｋｔ２－ｂｔｅｃ）（ｐａ—Ｈ２ｂｔｅｃ）（ｐｈｅｎｈ（Ｈ２０）２１ｎ（９）［Ｃｏ（ｐｈｅｎ）（Ｈ２０）（№一ｂｔｅｃ）ｏ５】ｎ（１０）｛［Ｃｏ（ｐ＿４－ｂｔｅｃ）ｏ５（Ｈ２０）２】－５Ｈ２０｝ｎｌ—————————！！堕堡！燮鱼竺竺竺皇：苎苎垦！垦竺垫竺垄二皇兰堂竺竺窒（１１）【ｃｏ（№一ＣＨ２（ＣＯＯ）２）（４，∥－ｂｉｐｙ）０５（Ｈ２０）］Ⅱ（１２）【ｃｏ（№一ＨｃＯＯ）ｄｃｏ（Ｈ２０）４】。

氢键意义总结概述氢键是一种特殊的化学键，它在分子间的相互作用中起着重要的作用。

氢键的形成和破裂对于分子结构、物理性质和化学反应都具有重要意义。

在本文档中，我们将对氢键的意义进行总结。

分子间相互作用分子之间的相互作用对于物质的性质和行为至关重要。

氢键是一种分子间的相互作用，它主要存在于含有氢原子的分子中。

它的强度介于共价键和离子键之间，经常用于解释分子之间的非共价相互作用。

三种类型的氢键根据氢键的形成位置和性质，可以将其分为三种类型：分子-分子氢键、分子-离子氢键和分子内氢键。

分子-分子氢键分子-分子氢键发生在两个不同分子之间的氢键相互作用中。

例如，水分子（H2O）之间的氢键是其中的一种形式。

它可以使水分子更加结合，并影响水的物理性质，如沸点和冰的密度。

分子-离子氢键分子-离子氢键发生在分子和离子之间。

典型的例子是在一些盐的晶体中，阳离子和水分子之间形成的氢键。

氢键可以影响晶体的结构和稳定性。

分子内氢键分子内氢键发生在一个分子内部的氢键相互作用中。

分子内氢键可以使分子产生一些特殊的构象和稳定性。

例如，酮和醇中的分子内氢键可以改变它们的化学性质和反应活性。

氢键的重要意义氢键在化学和生物学中具有广泛的应用和重要性。

下面列举氢键的几个重要意义：维持分子结构氢键可以通过使分子组成更紧密，从而维持分子结构的稳定性。

在一些官能团和功能群中，氢键可以使它们与其他分子相互作用，从而影响分子的形状和结构。

决定物理性质氢键对物质的物理性质有重要影响。

例如，在液体中，氢键可以使分子间的相互吸引力增强，从而提高沸点和熔点。

氢键也可以影响溶解度、表面张力和黏性等物理性质。

调控化学反应氢键在化学反应中扮演着关键角色。

它可以影响分子的构象和空间排列，从而调控反应的速率和选择性。

例如，在酶催化的生物化学反应中，氢键的形成和破裂是决定反应速率和特异性的关键因素。

生物活性氢键在生物分子中起着关键作用。

例如，在DNA和蛋白质的结构中，氢键是稳定其三维结构的重要因素。