晶体工程是现代化学研究的一个重要领域,在有机药物和功能材料等方面具有广泛的应用。晶体中分子间存在的氢键、卤键、范德华力以及π···π间相互作用等弱相互作用对于晶体的结构、对称性及其稳定性等具有重要的影响。因此,对晶体结构中分子间的弱相互作用进行深入探究对于晶体工程的发展具有很大的意义。本论文从理论化学计算的角度,通过Gaussian09、CrystalExplorer等软件,采用密度泛函理论(DFT)中的M06-2X方法、分子中原子的量子理论(QTAIM)以及Hirshfeld表面分析等理论方法,对芬那酸及烟酸类晶体分子中弱相互作用进行了探究和讨论。本论文主要分为四个部分:第一章:绪论。本章简要介绍了超分子化学、晶体工程对于化学研究发展的重要意义以及重大影响,晶体分子中存在的弱相互作用类型等。本章包括研究背景、晶体中分子间弱相互作用的类型、晶体工程的研究进展及研究内容和目的等四部分内容组成。第二章:理论计算方法。本章主要介绍了量子化学的发展历程、分子间弱相互作用的量子化学计算方法以及Hirshfeld表面分析研究分子间弱相互作用等内容。第三章:芬那酸晶体中存在两个不对称单元的起因研究。本章研究了芬那酸晶体中分子的不同构象A、B、P、L的扭转角、键长、构型能等性质,并对不同构型组成的复合物进行了详细研究并做了QTAIM分析。采用了M06-2X密度泛函方法,对单个芬那酸分子和预测的芬那酸分子采用了没有几何约束的的优化,对芬那酸晶体的两个构象异构采用了部分优化,结果表明四个异构体的扭转角以及键长均有差异,这说明它们在各自的晶体中具有不同的堆积方式和分子间弱相互作用力。另外,对它们的复合物进行了研究,发现除去分子对的氢键,还有其他的三种类型:一类是与构象异构体A、B、P构型的羧基(即O-H和C O键)相互作用的相邻分子,这对氢键的强度有重要影响,另外两种是分子间的取代基相互作用以及未取代苯环间的相互作用。众所周知,氢键的相互作用对于晶体生长的方向具有决定性的作用,并且对晶体的稳定性也有重要的贡献。因此,对这三种氢键进行了键长以及分子间相互作用能比较,不同分子的构象异构体A和B也可以通过不对称氢键O–H···O结合形成Z’=2的芬那酸晶体,因为它们的构象能和O–H···O氢键强度几乎相等,这些因素也是它们能够共存的原因。最后,对具有相同构型的含有构象异构体A、B和P的复合物进行了比较,并对这些复合物的分子间作用力进行了QTAIM分析。整个工作研究发现,Z’=2的芬那酸晶体中不对称的O–H···O氢键甚至强于Z’=1晶体中对称的O–H···O氢键。同时,Z’=2的芬那酸晶体中构象异构体A和B的分子对的交替排列与Z’=1芬那酸晶体中构象异构体P有序排列形成的相互作用是具有相同强度的。在交替排列的构象异构体A和B中,两个异构体相邻分子间取代基和非取代苯环的相互作用对于构象异构体的稳定性也起到了很大的作用。因此,Z’=2的芬那酸晶体是比较优先的排列方式。这个结果的获得对于Z’=2或者更高Z’结构的研究是一个比较有价值的线索。第四章:Hirshfeld表面分析分子晶体中弱相互作用力。本章对芬那酸及其衍生物和烟酸及其衍生物的晶体结构进行了Hirshfeld表面分析。芬那酸及其衍生物和烟酸及其衍生物的晶体结构可以从晶体开放数据库中获取。从获取的晶体结构可以看到,同一种分子可能会形成不同的晶体结构。对实验上获得的晶体结构采用CrystalExplorer软件对晶体分子内的弱相互作用进行了详细的探究。在这个工作中,对每一个晶体结构都做了相应的Hirshfeld表面分析,根据分子间的相互作用距离来说明分子间的相互作用情况。另外,通过指纹图分析来确定分子间存在的氢键、卤键、π-π的弱相互作用。对于同种分子形成的不同晶体也进行了对比分析,讨论它们之间由于分子构型以及排列方式的不同而呈现出的分子间弱相互作用的差异。