溶液结晶是一项重要的固-液分离纯化手段,广泛应用于化学、制药与材料领域。结晶产品的性能取决于对晶体成核与生长过程的理解和有效控制;成核是关键的一步,决定着晶体的堆积结构,手性和粒度分布等。然而,成核过程的分子机理仍不清楚。在晶体成核中溶液分子聚集体(以下简称溶液聚集体)可能扮演着重要角色,但对其研究表征极其困难,直到最近包括全反射技术的多种光谱表征与计算手段的兴起与迅速发展,使得溶液聚集体研究成为了可能。因此,本论文的主要研究目标是理解有机晶体成核的分子机理,特别地,探究溶质分子间的缔合与组装过程,溶液聚集体结构及其成核机理。本论文主要使用全反射-傅里叶红外(ATR-FTIR)、拉曼(Raman)和核磁(NMR)光谱技术并结合密度泛函理论(DFT)计算手段,探讨固-液相平衡热力学、溶液条件(溶剂,pH和浓度等)对溶液分子聚集体与多晶型成核的影响,得到了如下主要研究成果与结论:(1)评估了基于第一性原理的真实溶剂类导体屏蔽(COSMO-RS)模型与Jouyban-Acree、两液体非随机片段活度系数(NRTL-SAC)模型对两种不同类型的混合溶剂溶解度的预测能力,COSMO-RS模型表现了最好的预测结果。(2)发现了托灭酸(TFA)分子存在两种截然不同的自缔合路径,即羧酸二聚化和芳环二聚化。这些自缔合过程是晶体成核的第一步,决定了TFA多晶型的形成,溶质-溶剂和溶质-溶质相互作用的竞争与协同决定了溶液聚集体与晶体合成子是否存在结构关联。运用数值模拟与实验验证结合方法确立了多晶型伴随结晶的判定依据,即两晶型伴随结晶中TFA稳定晶型组成存在极小点。(3)发现了苯甲酸(BA)在甲苯溶剂中首先通过氢键主要作用力形成羧酸二聚体,随后二聚体间通过π?π次级力缔合形成高阶四聚体,揭示了非共价相互作用力的层级性在主导分子识别与自组装过程中的重要角色。(4)实验确认了甘氨酸(Gly)在纯水中的自缔合现象,发现了缔合体主要以开环二聚体结构存在;揭示了pH依赖的分子自缔合与多晶型形成的关联性,探讨了Glyα与γ晶型的可能成核机理。基于DL-蛋氨酸(DL-Met)α与γ晶型在水中的伴随结晶现象以及Met分子自发缔合形成类胶束聚集体的实验发现,提出了“非经典”成核的可能分子机理。(5)溶液聚集体结构决定成核动力学的分子路径。利用高通量方法测量了4400组甲灭酸(MFA)诱导时间数据,确认了成核过程的随机性,建立了溶液聚集体与成核动力学关联,提出基于线簇内部脱溶剂化的成核分子路径假说。