Dr. Bryan Po-Wen Chen, Prof. Chao-Ping Hsu, Prof. Joseph Jen-Tse Huang,
and Prof. Pi-Tai Chou
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e18997

中央研究院 化學研究所 黃人則研究員
國立臺灣大學 化學系 周必泰教授

可光異構化（photoisomerizable）的有機小分子可應用於各種光電元件。然而，這些材料多以固態形式加工，而分子在固態中因最密堆積、晶體空隙（crystal void）少得可憐，激發態引發之翻轉（flipping）與踩踏板（pedaling）等運動受到限制，使光異構化遠比在液、氣相下困難。以水楊醯亞胺（salicylimine）為例，分子在光激發後可於固態中進行 pedaling 異構化生成色彩鮮豔的順式酮（E-keto）。但為了讓反應中心具備足夠自由度，傳統設計多需引入體積龐大的位阻基團，以打亂原本的最密堆積，使晶體內留有可供異構化的空隙。因此，多數固態光異構化分子都偏向立體、具高位阻的結構。

然而，平面分子是否就無法在固態中異構化？我們認為：透過精準的晶體工程（crystal engineering），即使是平面分子的最密堆積晶體，也可能在反應中心周圍保有局部自由空間，使光異構化仍可發生。關鍵在於堆疊方式：若分子呈面對面（face-to-face）排列，即便堆積緊密，仍能於局部保留供 pedaling 運動的空間。透過晶體結構分析，我們發現具上述堆疊特徵的晶體，相較於一般滑移（slipped）堆疊，更能在光照後發生異構化與變色。此外，以Python.Trimesh模擬晶體分析，我們發現面對面堆疊的反應軌跡受鄰近分子阻擋較少，其自由度甚至接近傳統非平面高位阻分子。本研究利用拓樸分析證實：平面分子在固態中依然可能具備有效光異構化能力，突破了以往「固態異構化需大位阻分子」的設計限制。