尿素(520)晶面可控结晶的分子动力学模拟

由于尿素结晶呈白色针状,晶貌单一,且传统结晶工艺不可控,严重影响药物的一致性评价结果。采用分子动力学模拟方法,从分子水平上研究不同种类的添加剂对尿素晶体生长的调控作用,揭示添加剂对药物晶体生长的调控机制。结果表明：① 六种添加剂(海藻糖、蔗糖、葡萄糖、山梨醇、赖氨酸、精氨酸)在101.325 kPa、290 K下相较于无添加剂时都能不同程度地抑制(520)晶面的生长;② 添加剂对尿素晶面(520)的吸附能越负,其抑制晶面生长效果越好,其中海藻糖抑制(520)晶面生长效果最好;③ 添加剂分子携带基团的种类与数目决定与晶层的相互作用的强弱,特别是海藻糖、蔗糖双糖类分子含有8个羟基,与晶层上的尿素分子氢键相互作用强,与溶液层中的溶质形成竞争性吸附,能更好抑制(520)晶面生长。     

添加剂对氨基酸晶体生长的影响

氨基酸大多生长为针状或片状晶习,存在堆密度低、流动性差等问题,严重影响产品后加工处理过程。因此,实现氨基酸晶习的定向调控具有重要意义。添加剂对氨基酸晶习调控直接有效,广泛应用于工业生产中。本文主要从抑制和促进晶体生长两个角度,综述了添加剂对氨基酸晶体生长的作用机理。添加剂对晶体生长的抑制机理主要有两点：一是添加剂分子吸附到晶面上,阻碍溶质分子的扩散和聚集;二是添加剂分子嵌入晶格并占据生长位点。而添加剂促进晶体生长的机理为：添加剂加快了溶质分子在晶体表面的聚集速度、使晶体表面粗糙化和降低了溶剂层脱除能垒。最后,针对添加剂对氨基酸晶体生长影响的研究,从晶体工程的角度提出了通过分子模拟设计的添加剂定向控制氨基酸晶体生长,从而调控晶习的展望。     

CL-20结晶形貌的预测

为研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在真空和溶剂中的晶体形貌和生成机理,基于CL-20的晶胞参数和主要生长面,分别构建了CL-20晶体模型以及晶面和水、甲醇分子的六种吸附模型,用分子动力学模拟计算出溶剂分子与各晶面的吸附能,并据此修正各晶面的附着能,用附着能法对CL-20在真空、水和甲醇中的结晶形貌进行了预测,并与实验结果进行了对比。结果表明,真空中生长基元在晶面的极化程度越高,该面生长越快,且外形为长四棱柱;水和甲醇均会抑制各面的生长,且但程度不同,致使CL-20在水中结晶成扁平的六面体,在甲醇中为四棱柱。     

FOX-7结晶形貌的分子动力学模拟

基于1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的晶胞参数,通过修正Dreiding力场得到了适用于FOX-7分子模拟的Dreiding-FOX-7力场;采用Growth Morphology方法模拟计算了FOX-7在真空中的晶体形貌,得到形态学上的重要晶面及附着能参数;构建了FOX-7重要晶面和H_2O/N,N-二甲基甲酰胺、环己酮的吸附模型;利用分子动力学方法计算出溶剂分子与各晶面的吸附能及各晶面的修正附着能;预测了FOX-7在溶剂中的结晶形貌,并与文献结果进行了对比。讨论了氢键的成键强度对晶体形貌的影响。结果表明,FOX-7在H2O/N,N-二甲基甲酰胺中(0 1 1)、(1 0-1)和(1 0 1)晶面为主要生长面,结晶形态为长方体块状;在环已酮中(0 1 1)和(1 0-1)晶面为主要生长面,结晶形态为长棱柱状,与文献结果一致。     

LLM-105晶体形貌分子动力学模拟

为了研究在真空和溶剂二甲基亚砜(DMSO)条件下,1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)的晶体生长形貌,采用分子动力学模拟方法构建了LLM-105在DMSO溶剂中"双层结构"模型,采用平衡形态法和晶体生长法预测了真空中LLM-105的晶体形貌,通过修正附着能分析了DMSO环境下LLM-105的主要控制晶面及其生长速率;通过径向分布函数和晶面结构分析不同晶面与DMSO之间的相互作用;分析了LLM-105粒子的成核能垒。结果表明,LLM-105晶体的4个主要生长晶面为(0 1 1)、(0 2 0)、(1 1 0)和(1 0-1),其中(0 2 0)、(0 1 1)晶面为控制晶面;加入溶剂DMSO后,修正附着能分析得出溶剂中4个晶面附着能远小于真空条件下,说明选择合适的极性溶剂有助于抑制爆发式成核,控制LLM-105的晶体形貌,其中(0 1 1)晶面线性生长速率最小;径向分布函数和晶面结构分析表明,DMSO中H原子与LLM-105(0 1 1)晶面中N原子之间具有较强的氢键和范德华力相互作用;扩散系数分析表明,修正附着能随溶剂扩散系数的增大而减小,溶剂DMSO在(0 1 1)晶面上扩散系数最大,导致该晶面成核能垒高,不容易聚集成核。     

人造氟金云母的结晶习性与缺陷

本文从晶体结构出发,研究了人造氟金云母的结晶习性与缺陷。认为缺陷主要是沿着镁离子点阵行列分布的面缺陷,文中讨论了如下几个问题:(1)结晶习性的各向异性。a 轴方向生长最快,b 轴次之,c 轴方向最慢。从各族晶面比表面能大小解释了这种差异;(2)籽晶取向,沿b 轴方向生长较沿 a轴方向生长的晶体质量为好。由于 a轴与 b轴方向生长速率的不同,对温度稳定性的要求也有差异。b 轴向生长较 a轴向生长易于控制,缺陷出现几率少。a 轴向生长时晶体缺陷沿着{110}和{110}族晶面发育,b 轴向生长时晶体缺陷沿着{110}和{110}族晶面发育;(3)固液界面的形状与晶体缺陷密切相关。从晶体的结晶习性出发,分析了平界面生长时晶体中缺陷少的原因,提出凸界面和凹界面的缺陷是由于生长过程中各族晶面生长速率不匹配所造成的,认为生长界面的形状是各族晶面的包迹。     

溶剂对维生素C单晶生长动力学的影响

引　言当过饱和溶液中产生晶核或加入晶种时 ,溶质分子在过饱和度的推动下使晶核或晶种长大的过程就是晶体生长 .晶体生长动力学决定了晶体产品的形态及其物理性质 ,是结晶过程设计、优化和操作的基础 ,在结晶过程研究中占有重要地位[1,2 ] .晶体生长的外部条件例如过饱和度、温度、溶剂等都直接影响到晶面吸附情况的变化、晶体比表面自由焓 ,从而影响晶面的生长速度[3,4 ] .单晶研究是借助于显微镜、照相机、衍射仪等观察手段测定单晶各方向的尺寸随时间的变化 ,确定晶体生长动力学的方法[5] .作者曾采用间歇动态法实验测试维生素C在水 乙…     

寡聚核苷酸对茶碱晶型的调节作用

有机晶体多晶型调控的规律研究对于医药、燃料、农药等行业具有重要意义。茶碱是一种甲基嘌呤类似物,具有I、II、III、IV和M 5种多晶型。由于腺嘌呤核苷与茶碱结构具有相似性,研究了腺嘌呤核苷组成的寡聚核苷酸对茶碱溶液结晶过程的影响。结果表明采用寡聚核苷酸d（A₁₀）、d（A₂₀）为添加剂,能够显著影响乙醇-水体系降温结晶过程中茶碱多晶型的形成,促进M晶型生成。分子模拟计算揭示了腺嘌呤碱基组成的核苷酸片段与茶碱M晶型重要晶面之间的相互作用能最强,正是这种强相互作用促进了茶碱结晶过程中M晶型的生长。     

表面能对冰晶形貌的影响

本工作从介科学概念出发,提出了表面能对冰晶生长形貌调控的科学假设。通过在水中添加不同添加剂(蔗糖、氯化钠、表面活性剂SDS),改变水溶液的表面张力,利用激光共聚焦显微镜原位实验装置开展了冰晶生长动力学研究。结果表明,在相同过冷度条件下,随溶液表面张力降低,冰晶形貌由具有对称性的枝状变为无序的海藻晶,这种变化在不同溶液中得到验证。研究发现,溶液表面张力较低,导致冰在溶液中生长阻力增大,冰晶生长速度降低。在较高的生长速率条件下,冰晶生长表面失稳,晶面各向异性生长,生成有序枝晶结构;在较低的生长速率条件下,生长表面被添加物分子覆盖,晶面各向异性消失,生成无序枝晶结构。以上结果验证了过冷度和表面能对材料结构生长过程的调控作用,为材料介科学的发展提供了实验依据。     

超声辐照对聚丙烯及聚丙烯／成核剂体系结晶行为的影响

用静态超声辐照装置,研究了超声对聚丙烯及聚丙烯／成核剂体系结晶行为的影响,通过宽角X射线衍射分析,发现超声会引起PP结晶度、晶面间距、晶型及晶粒尺寸等发生变化。而且超声辐照使PP、PP／苯甲酸钠体系出现了β-晶,而PP／滑石粉体系虽无β晶生成,超声却使其α晶的（040）晶面生长有择优性。超声作用对PP微晶尺寸的影响与成核剂种类及晶面择优生长有关。     

溶液结晶中晶体形态与结构调控

综述了化学因素(溶剂和添加剂等)和工程因素(过饱和度,晶种和搅拌等)对溶液结晶中晶体形态与结构的影响,分析了这些因素会影响溶质分子在溶液主体中的聚集形式及其在晶体界面的扩散和吸附过程,进而影响晶体的成核和生长机理及速率,并由此改变最终产品的形貌和结构。调控结晶工艺参数和优化操作条件可得到目标结晶产物。     

2,4-二硝基苯甲酸在乙酸乙脂中的晶习

为了解2,4-二硝基苯甲酸晶体结构及晶体生长过程,培养了单晶并用X-射线单晶衍射仪测定了晶体结构,采用BFDH模型计算了2,4-二硝基苯甲酸晶体生长的特征晶面,用分子动力学方法计算了各特征晶面与乙酸乙酯分子的相互作用能,用修正的附着能模型预测了在乙酸乙脂中可能的晶习,并与冷却结晶实验结果进行了对比。结果表明,2,4-二硝基苯甲酸晶体属单斜晶系,空间群为P21/C,晶胞参数为:a=6.168(6),b=t4.406(14),c=9.366(10),β=98.341(15)°,Z=4,V=823.5(14)3,DC=1.534 Mg/3。2,4-二硝基苯甲酸的重要品面有{011}{020}{100}{110}{111}{102}。在乙酸乙酯中预测的晶习为长片状,与实验结果吻合。     

膦酰基羧酸对碳酸钙的阻垢机理

通过透射电镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析了投加膦酰基羧酸（POCA）对碳酸钙形貌及晶格参数2θ的影响，发现投加POCA改变了CaCO₃垢的结晶习惯并对方解石有一定的晶格扭曲作用，随着加药量的增加，方解石的比例减少，而文石和球霰石的比例增加，POCA对方解石（110）晶面的抑制作用强于（104）晶面;同时采用分子动力学(MD)方法，模拟计算了POCA与方解石的(110)、（104）晶面的相互作用， 结果表明：聚合物分子与晶面之间的结合能主要由Coulomb作用和van der Waals作用力提供。比较POCA在方解石两晶面上的结合能，发现E_bind(110)大于E_bind(104)，两者数值之比约为1.39，即POCA分子与(110)面的结合比(104)面更牢固，说明POCA对(110)面生长的抑制居于主导地位。两种研究方法得到的结论一致。     

氯盐体系下阳离子对脱硫石膏晶须水热结晶的影响及其机理

为探索阳离子对水热制备脱硫石膏晶须结晶调控的影响,本文以预处理后的脱硫石膏为原料,NaCl、CuCl₂、AlCl₃为添加剂采用水热法制备脱硫石膏晶须,重点研究Cl^-存在条件下阳离子对脱硫石膏晶须结晶的影响及其作用机理。结果表明,Na⁺、Cu²⁺、Al³⁺对脱硫石膏晶须的显微结构、长径比和品质均有一定的影响,其中Cu²⁺影响最为显著。Cu²⁺可在晶须的(200)、(400)和(020)晶面发生化学吸附形成CuSO₄膜层,使其径向生长受阻;同时,少量Cu²⁺可取代Ca²⁺,促进Ca²⁺的去溶剂化,使晶须长径比增大至200。Na⁺和Al³⁺均通过物理吸附作用于脱硫石膏晶须(200)、(400)和(020)晶面而阻碍其径向生长。此外,Al³⁺与溶液中的OH^-通过羟基化反应生成Al(OH)²⁺和Al(OH)₂⁺,吸附在带负电的(200)、(400)和(020)晶面,降低这些晶面的表面能,从而促进脱硫石膏晶须沿c轴生长。     

尿素法制备锌镁铝多元水滑石及结构分析

采用尿素法合成了锌镁铝三元水滑石,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对合成的水滑石进行表征,研究晶化时间、尿素浓度对合成的水滑石结构以及尺寸等的影响。XRD表征结果表明,合成产物均具有水滑石的特征峰。晶化时间过长,水滑石(00l)晶面生长速率降低、结晶度下降、纳米片层分散性变好但片层表面规整度下降;增大尿素浓度,水滑石(00l)和(110)晶面生长速率均下降、结晶度提高、片层分散性变好且表面规整度变高。     

添加剂对氨基酸多晶型溶液结晶过程影响的研究进展

氨基酸的不同晶型往往表现出不同的理化性质和药用效果。因此通过调控氨基酸多晶型溶液结晶过程得到目标晶型非常重要,其中添加剂对不同晶型的影响直接且有效,是控制晶型生产常采用的手段。本文综述了不同种类添加剂对氨基酸多晶型溶液结晶过程的影响。首先,以水溶液中不能直接得到的甘氨酸γ晶型为例,阐明了酸、碱和无机盐对其成核的促进作用,从电荷补偿角度分析了该类添加剂对不同晶型生长过程的影响机理。其次,阐述了tailor-made添加剂对氨基酸晶体形态和晶型的调控作用,重点分析了不同结构的tailor-made添加剂对晶型转变的影响规律。介绍了醇-水等混合溶剂对不同氨基酸多晶型结晶过程的选择性影响。最后,在以上分析的基础上,对通过添加剂分子设计制备不同目标晶型进行了展望。     

二硼化镁超导晶体的制备与形貌表征

利用镁助熔剂法制备出六方片状的二硼化镁（MgB2）单晶,并通过扫描电子显微镜和金相显微镜对MgB2晶体形貌进行了研究。结果发现,（111）、（101）和（011）晶面的生长速率远远大于（1-10）、（100）和（010）晶面生长速率,即晶体沿口或6轴的生长速率明显很大,而沿c轴的生长速率很小,甚至随着晶体生长并未发生变化。在MgB2单晶中首次观察到{0001}晶面层的解理与石墨相似,对MgB2单晶的生长机制进行了讨论。     

添加剂对季戊四醇(PET)结晶性状与晶体生长影响研究

本文系统地研究了硼酸、有机酸和乙醇等添加剂对PET在水中的结晶性状、溶解度和溶液稳定性的影响,采用常温溶液降温法进行了添加剂存在下的晶体生长实验.结果表明添加硼酸能明显改善PET结晶性状和溶液稳定性;添加乙醇能增大PET在水中的溶解度曲线斜率,有效抑制PET晶体生长中自发成核、寄生生长、开裂等现象.     

键合剂对HTPB与Al/Al2O3之间界面作用的分子模拟

采用分子动力学(MD)方法和COMPASS力场,研究了键合剂对丁羟推进剂中端羟基聚丁二烯(HTPB)与Al/Al2O3之间界面的吸附能与力学性能.结果表明,键合剂在Al2O3晶面的吸附能高于HTPB在Al2O3晶面的吸附能,而在Al晶面的规律并不明显.键合剂(TEA)与HTPB在Al2O3晶面吸附能远高于在Al晶面,Al2O3晶体(010)晶面高于 (001)晶面,Al晶体(001)晶面高于(011)晶面.两晶面中吸附能愈高,力学性能愈好.几种键合剂对吸附体系力学性能(弹性模量)的作用次序:TAZ＞TEA＞MAPO·HAC＞MAPO＞HX-752.     

分子动力学模拟研究温度对ε-CL-20结晶晶体形貌的影响

为了研究温度对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在乙酸乙酯/三氯甲烷体系中结晶时晶体形貌的影响,采用分子动力学模拟方法,使用修正后附着能模型计算了CL-20晶体能量和晶习,对比了不同温度(293、303、313、323、333K)下CL-20晶体形貌模拟结果与实验结果。结果表明,温度可以显著改变CL-20晶体形貌;随着温度升高,CL-20晶体形貌趋于非球形化,293K下可以获得球形化程度更好的CL-20晶体;温度对不同晶面影响程度不同,(2 0 0)、(0 1 1)、(2 0-1)晶面生长易被温度影响,附着能绝对值较大,晶面生长速率快,在CL-20晶体表面面积占比减小,最终在CL-20晶体中无法保留;当温度为333K时,对(2 0-1)晶面的附着能影响较大,最终使该晶面在CL-20形貌中显露。