Bifurcated Polymorphic Transition and Thermochromic Fluorescence of a Molecular Crystal Involving Three-Dimensional Supramolecular Gear Rotation

化学 热致变色 超分子化学 蒽 分子 结晶学 Crystal(编程语言) 分子动力学 晶体结构 化学物理 立体化学 光化学 计算化学 有机化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Yun-Hsuan Yang,Yushan Chen,Wei‐Tsung Chuang,Jye‐Shane Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (12): 8131-8141 被引量:27
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12454
摘要

The ability of molecules to move and rearrange in the solid state accounts for the polymorphic transition and stimuli-responsive properties of molecular crystals. However, how the crystal structure determines the molecular motion ability remains poorly understood. Here, we report that a three-dimensional (3D) supramolecular gear network in the green-emissive polymorph 1G of a dialkylamino-substituted anthracene-pentiptycene π-system (1) enables an unusual bifurcated polymorphic transition into a yellow-emissive polymorph (1Y) and a new green-emissive polymorph (1G*) via 3D correlated supramolecular rotation. The 90° forward correlated rotation causes the molecular conformation between the octyl and the anthracene units to change from syn to anti, the ladder-like supramolecular columns to constrict, and the gear network to disengage. This cooperative molecular motion is marked by the gradual formation of an intermediate state (1I) across the entire crystal from 170 to 230 °C, which then undergoes bifurcated (forward or backward rotation) and irreversible transitions to form polymorphs 1Y and 1G* at 230–235 °C. Notably, 1G* is similar to 1G but lacks gear engagement, preventing its transformation into 1Y. Nevertheless, 1G can be restored by grinding 1Y or 1G* or fuming with dichloromethane (DCM) vapor. This work illustrates the correlation between the crystal structure and solid-state molecular motion behavior and demonstrates how a 3D molecular gear system efficiently transmits thermal energy to drive the polymorphic transition and induce fluorochromism through significant conformational and packing changes.
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