From Brittle to Elastic: Substituent Effects on Mechanical Flexibility in Aromatic Amide Crystals

材料科学 Crystal(编程语言) 取代基 结晶学 超分子化学 脆性 晶体结构 酰胺 各向异性 晶体工程 灵活性(工程) 化学物理 单晶 液晶 弹性能 刚度 复合材料 应变能 纳米技术
作者
Aritra Bhowmik,Nirmal Das,Ashish Kumar Saxena,Kamini Mishra,Nagaraju Barsu,Manish Kumar Mishra
出处
期刊:Chemistry-an Asian Journal [Wiley]
卷期号:21 (10)
标识
DOI:10.1002/asia.70795
摘要

ABSTRACT Mechanical flexibility in molecular crystalline materials represents a compelling paradigm shift from the long‐held perception of crystals as inherently brittle solids. Herein, we demonstrate a brittle‐to‐elastic transition by subtle molecular modification in a pair of structurally analogous aromatic amides; N‐[(4‐methoxyphenyl)methyl]formamide ( N4MFA , Crystal 1 ) and N‐benzylformamide ( NBFA , Crystal 2 ). Despite their close structural similarity, Crystal 1 exhibits brittle fracture under minimal stress, whereas Crystal 2 shows 1D elastic flexibility with reversible bending. Structural, computational, and mechanical analyses reveal that this contrast arises from substituent‐controlled supramolecular packing. In Crystal 1 , the methoxy (–OCH 3 ) group promotes dense, anisotropic packing, leading to rigidity and fracture under stress. Removing the substituent in Crystal 2 enhances isotropy, π–π stacking, and interlocked packing, enabling reversible strain during elastic bending. Nanoindentation, energy framework, and elastic tensor analyses confirm this transition: Crystal 2 shows near‐isotropic stiffness ( E max / E min = 1.65) and interconnected energy networks, whereas Crystal 1 exhibits pronounced anisotropy ( E max / E min = 3.95) and 1D cohesion. Hirshfeld surface analysis supports more balanced contacts in the elastic crystal. This work establishes a direct structure–mechanical correlation, showing that minor chemical modifications can tune flexibility and provide insights to guide the development of adaptive crystalline materials.
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