분자 고체의 다형성: 빨강, 주황, 노랑 결정의 특별한 시스템

다이아몬드와 흑연은 서로의 다형체입니다: 동일한 조성을 가지지만 다른 구조와 성질을 가지고 있습니다. 많은 다른 물질도 다형성을 보여줍니다: 무기 및 유기, 자연 및 인공. 다형체는 결정화, 상전이, 소재 합성 및 생물광물화 연구와 특수 화학물질 제조에서 발견됩니다. 다형체는 결정 포장 및 구조-성질 관계에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 빨강, 주황, 노랑 결정으로 알려진 5-메틸-2-(2-니트로페닐)아미노-3-티오펜카보니트릴, 즉 ROY는 해결된 구조를 가진 7개의 다형체를 가지고 있으며, 이는 캠브리지 구조 데이터베이스에서 가장 많은 수입니다. 의약 화학자들에 의해 처음으로 합성된 ROY는 유기 고체에서 가능한 놀라운 다양성을 보여주기 때문에 고체 상태 화학자들의 주목을 받았습니다. ROY 다형체의 많은 구조와 열역학적 성질이 알려져 있어 ROY는 계산 모델을 테스트하는 중요한 모델 시스템이 됩니다. 기록상 가장 많은 다형성을 가진 물질은 아니지만, ROY는 많은 다형체가 동일한 액체에서 동시에 결정화할 수 있고 동일한 조건에서 동역학적으로 안정하다는 점에서 특별합니다. ROY 다형체 연구는 핵형성이 결정화의 다형체를 정의한다는 일반적인 관점을 무효화하는 새로운 결정화 메커니즘을 밝혀냈습니다. 느리게 핵형성되는 다형체가 빠르게 성장하고 다른 다형체 위에서 핵형성을 하면 여전히 제품에서 우세할 수 있습니다. ROY 연구는 유기 액체가 유리 전이 온도로 냉각될 때의 놀랍도록 빠른 결정 성장 모드를 이해하는 데도 도움이 되었습니다. 이 성장 모드는 보다 등방적이고 아마도 더 액체 같은 포장을 가진 다형체에 대해서만 존재합니다. ROY의 풍부한 다형성은 유리한 열역학과 동역학의 조합에서 비롯됩니다. 비슷한 에너지 또는 자유 에너지를 가진 많은 다형체가 존재해야 할 뿐만 아니라, 많은 다형체가 동역학적으로 안정해야 하고 비교 가능한 비율로 결정화되어 관찰될 수 있어야 합니다. 이 시스템은 고체 상태 구조 및 성질에 대한 다형성이 제공하는 독특한 통찰력을 보여주며, 이 현상에 대한 우리의 현재 이해의 불충분함을 드러냅니다. ROY에 대한 많은 연구에도 불구하고, 여전히 동일하거나 더 많은 다형성을 가진 다음 분자를 예측하는 것은 불가능합니다. ROY는 의약 화학자들로부터 받은 행운의 선물입니다.