Keimbildung organischer Kristalle aus molekularer Sichtweise

Abstract

Das Produkt der Synthese kristalliner organischer Materialien hängt stark von den ersten Schritten des molekularen Selbstorganisationswegs ab, ein Vorgang, den wir als Keimbildung von Kristallen kennen. Die Entwicklung neuer experimenteller und rechnerischer Verfahren hat zu verstärktem Interesse an der Aufklärung der molekularen Mechanismen geführt, durch die Keime entstehen und sich zu makroskopischen Kristallen entwickeln. Die Kinetik der beteiligten Vorgänge wird gut von der klassischen Keimbildungstheorie (“classical nucleation theory”, CNT) beschrieben, neu vorgeschlagene Keimbildungstheorien betrachten zusätzlich die Entwicklung der Struktur und die Konkurrenzsituation bei der Kristallisation polymorpher Systeme. Dieser Aufsatz diskutiert, wie weit die CNT und Messungen der Keimbildungsrate Informationen über diese Vorgänge auf molekularer Ebene liefern können, und fasst das aktuelle Wissen über die molekulare Selbstorganisation in keimbildenden Systemen zusammen.

Crystal Nucleation of Tolbutamide in Solution: Relationship to Solvent, Solute Conformation, and Solution Structure

“…[6,7] Evidence is growingt hat the structural arrangement of clusters of solute molecules in solution affects the subsequent nucleation. [8,9] Synthons formed in solution (such as dimers) are hypothesised to lead to increased propensity for nucleating correspondingc rystals tructures. The first direct evidencew as reported for tetrolic acid [10] followed by benzoica cid, though no evidence was found for mandelica cid.…”

Crystalline Supramolecular Nanofibers Based on Dehydrobenzoannulene Derivatives

“…In addition, the alternately stacked structures should also be formed in the nuclear formation process (Figure 8b). [49] However, the dimer would be unfavorable in comparison with the unidirectionally stacking dimers, and the growth rate of the structures would be To evaluate this hypothesis, DBAs 4 and 5 were synthesized (Figure 9). DBA 4 has two methyl ester groups, and therefore has a dipole moment (see Figure S15 in the Supporting Information), similarly to DBA 3.…”

Wie bilden sich Kristalle?

“…Kontrollmechanismen für Kristallisationen zu entwickeln, ist nur möglich, wenn die dabei ablaufenden molekularen Mechanismen verstanden sind 4. Dies betrifft Fragen wie: Wann können Kristalle überhaupt entstehen und wie kann die Kristallisation beeinflusst oder gar verhindert werden?…”

“…Wie Davey et al4 hervorheben, sind Messungen von Nukleationsraten nicht in jedem Fall hilfreich, um molekulare Einblicke zu gewinnen. Stattdessen sind neue Experimente nötig, um kleinste Kristallvorläuferstufen, Cluster, bei geringsten Konzentrationen in Lösung zu detektieren und zu analysieren.…”

“…Ähnliche Phänomene sind von Kristallen organischer Moleküle bekannt, bei denen die Struktur von Assoziaten in Lösung mit strukturellen Mustern des jeweils gebildeten kristallinen Polymorphs zusammenhängen 4. In jedem Fall zeigen sich hier neue Einblicke in die molekularen Mechanismen, wie polymorphe Kristallformen überhaupt aus Vorläufer‐ und Übergangsformen entstehen.…”