摘要
作为一种重要的分子自组装途径，晶体产品性能与晶体成核密切相关，晶体成核决定着晶体的堆积结构、粒度分布等。理解和控制与成核有关的分子自组装过程，对于生产具有所需物理性质的多晶型、纳米晶体、功能材料和共晶至关重要，然而其自组装分子机理仍不清楚。本文以柔性有机小分子—非那西丁为模型化合物，系统研究了其结晶热力学、成核动力学，并且通过溶液化学以及分子模拟研究了其在溶液中的分子聚集体形式和自缔合方式，探究分子聚集体和成核动力学的关系，具体如下： 在非那西丁结晶热力学的研究方面，采用静态法测量了非那西丁晶型I在八种纯溶剂中的溶解度。随后，采用Modified Apelblat方程和NRTL方程对溶解度数据进行了关联，并依据NRTL模型给出的活度系数计算了理想混合热力学性质。其中，Modified Apelblat方程表现出较好的拟合效果。 采用非随机性方法测量了非那西丁在乙腈、二甲基亚砜（DMSO）、N,N—二甲基乙酰胺（DMA）、甲醇、甲苯和氯仿中的诱导期，依据经典成核理论的动力学方程拟合得到了成核动力学参数。结果表明，成核速率和界面能的顺序呈负相关，其在六种溶剂中的成核过程主要受热力学控制。 通过溶液化学的实验方法，利用二维NOE谱（NOESY）以及浓度依赖的红外光谱（FTIR）、核磁（NMR）、二维扩散排序谱（DOSY），探究了六种纯溶剂中成核过程分子聚集体的变化，并将溶液中分子聚集体的存在状态与晶体结构中的存在方式进行对比。结果表明，非那西丁在氯仿和DMA中，随浓度增大，分子间通过C=O···H-N和π-π相互作用发生自缔合。而在乙腈、甲醇、DMSO中，其以溶质—溶剂复合物的形式存在；并且随浓度增大，在乙腈和甲醇中均表现出脱溶剂效应，而在DMSO中则出现了溶剂化和自缔合之间的竞争现象。在甲苯中，非那西丁主要以单体形式存在。 使用密度泛函理论（DFT）计算对非那西丁分子进行了势能面扫描，结果表明构象调整对成核速率基本没有影响。通过定量分析分子表面静电势（ESP），选取了四个主要特征位点进行了1:1溶质—溶剂复合物结合能的计算。此外，通过分子动力学模拟（MD）计算非那西丁与不同溶剂相互作用的溶剂化自由能及径向分布函数（RDF）。DFT计算和分子动力学模拟结果均未和成核速率表现出较好的关联性。
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