晶体结构在外部刺激下的可控转变是材料科学与超分子化学中具有重要价值的研究方向。然而，在经历显著结构变化时，晶体常因应力累积而碎裂，因而在转变过程中保持其结晶结构具有较大挑战性。特别是多组分共晶的固态结构转化更为复杂，至今仅有少数有机反应可用于驱动晶体到晶体的转化。
近期，华东师范大学化学与分子工程学院胡连瑞研究员、徐林教授与香港科技大学唐本忠教授合作，设计并合成了一种结构独特的开环型9-蒽取代吲哚啉-恶唑烷分子（AIO），其分子骨架包含可发生关环反应的吲哚啉-恶唑烷片段，该分子中的氯离子作为氢键受体、蒽基作为电子供体（图1）。通过将AIO与1,2,4,5-四氰基苯（TCNB）以2:1摩尔比在乙腈溶液中共结晶，得到一种暗红色无荧光发射的电荷转移共晶AOTC。通过单晶X射线衍射、PXRD、红外光谱等手段确认了该两组分共晶的成功构筑。并采用理论计算揭示了共晶中存在的氢键、π···π堆积等多重弱弱相互作用（图2）。在此基础上，研究团队利用三乙胺蒸汽对AOTC共晶进行刺激，诱导AIO分子发生关环反应。有趣的是随着碱诱导的关环反应的发生，共晶中分子结构发生变化，晶体结构也随之发生了显著转变，并成功获得了仅含闭环结构分子的单晶AIC及其与TCNB形成的共晶ACTC。荧光显微镜下，可以清晰直观的观察到新晶体的形成及转化产物的不同发光特性：AIC单晶发蓝光荧光，ACTC共晶发红色荧光（图3）。核磁氢谱与荧光发射光谱进一步证实了三乙胺蒸汽可驱动AOTC共晶向多晶结构转化过程。
理论计算深入揭示了三乙胺参与关环反应并驱动共晶向多晶结构转变的微观机制。结果表明，闭环产物AIC与TCNB之间存在更强的分子间作用力，包括更强的供受体（D-A）相互作用以及C-H···N氢键作用，其相互作用强度显著高于AIC-AIC或TCNB-TCNB之间的作用力。因此，体系更倾向于优先生成AIC与TCNB组成的新共晶ACTC，而非形成单一组分的晶体（图4）。基于此，研究提出了一个合理的晶体转化模型：当AOTC共晶暴露于三乙胺蒸汽中时，三乙胺首先溶解并腐蚀其晶体表面，同时诱导AIO分子发生关环反应生成AIC。随着三乙胺的逐渐蒸发，游离的AIC分子在更强的D-A作用和氢键引导下，与邻近的TCNB分子按照1:1的比例重新结晶，形成ACTC微晶。分子结构的变化改变了非共价分子间相互作用，并导致共晶化学计量比发生变化。由于AIO与TCNB最初以2:1比例形成AOTC共晶，而最终AIC与TCNB以1:1比例生成ACTC共晶，多余的AIC分子则以单组分形式析出并形成AIC单晶。这一晶体转化过程中三乙胺蒸汽在其接触AOTC共晶表面后冷凝形成微液滴环境，其中三乙胺既作为反应物参与化学反应，又作为低沸点溶剂引导产物的自组装与重结晶。值得一提的是，该晶体转化体系还被成功应用于信息加密场景，展示了其在智能材料领域的潜在应用价值（图5）。
图1 共晶AOTC的分子设计和共晶到多晶转变示意图
图2 共晶AOTC的晶体结构和分子间弱相互作用分析
图3 共晶向多晶的转变
图4 共晶转变的机理研究
图5 信息加密应用
本研究不仅在晶体转化反应、分子设计和共晶调控方面取得重要进展，还为化学反应驱动的晶体-多晶结构转变提供了新范式，对发展结晶分子机器、智能响应材料和超分子组装技术具有重要推动作用。相关成果以题为 “Triethylamine vapor-induced cyclization reaction in cocrystals leading to cocrystal-to-polycrystal transformation” 发表在《Nature Communications》期刊（Nat. Commun., 2025, 16, 6441）。论文第一作者为华东师范大学博士生朱玲，研究工作获得国家自然科学基金资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-61782-2
通讯作者简介
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胡连瑞，华东师范大学化学与分子工程学院，研究员。研究方向为理论计算化学、共晶发光材料、智能化学、高精度从头算波函数方法。发表SCI论文68篇，其中以第一作者或通讯作者身份发表论文32篇，包括Nat. Rev. Chem. (1篇)、J. Am. Chem. Soc. (7篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (3篇)、Nat. Comm. (3篇)、CCS Chem.(2篇)、Acs Catal. (1篇)、Chem. Sci. (1篇)、J. Phys. Chem. Lett. (2篇)。所发表的论文总引用次数超过2600次，H-index为29。先后入选华东师范大学“双百计划”和“紫江青年学者”（2022年）、上海市浦江人才计划（2022年）、上海市海外高层次人才引进计划（2023年）、上海市高等教育人才揽蓄计划（2024年）以及教育部首批“博士后海外引才专项”（2024年）。近年来，申请人作为项目负责人主持国家自然科学基金等科研项目8项，包括国家自然科学基金青年项目、教育部春晖计划项目、四川省应用基础研究面上项目、上海市浦江人才计划项目等。
徐林，华东师范大学化学与分子工程学院，教授。研究方向为有机超分子化学和微纳流控化学，聚焦于超分子荧光材料化学以及超分子流动化学。在SCI收录的学术期刊上发表论文127篇。其中，入职华东师大以来，以第一/通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc. (6篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (8篇)、Nat. Commun. (3篇)、CCS Chem.、Acc. Chem. Res.等国际知名期刊上发表论文88篇，应邀撰写著作三章节。所发表的论文被引次数超过5500次，有11篇以第一/通讯作者身份发表的论文曾入选“ESI高被引论文”(ESI Highly Cited Paper, 1%)，以独立通讯作者身份入选2015年度英国皇家化学会期刊“Top1%高被引中国作者”榜单。
唐本忠院士1982年获华南理工大学学士学位，1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位。曾在多伦多大学从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员。1994–2021年在香港科技大学工作。2009年、2017年、2020年先后当选中国科学院院士、亚太材料科学院院士、发展中国家科学院院士。2021年加入香港中文大学（深圳）担任理工学院院长、校长学勤讲座教授。主要从事高分子化学和先进功能材料研究。在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引领者。已发表学术论文2,000多篇，总引用超180,000次，h因子为187。在学术会议上作了500多场邀请报告，拥有100多项授权专利。现任德国Wiley出版社发行的Aggregate《聚集体》杂志主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。2014年至今连续当选全球材料和化学双领域“高被引科学家”。2007年获Croucher基金会高级研究员奖，2012年获美国化学会高分子材料科学与工程分会MACRO讲座奖，2014年获伊朗国家科技部颁发的Khwarizmi国际奖，2015年获广州市荣誉市民称号，2017年获国家自然科学一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖，2021年获Nano Today国际科学奖，2023年获生物材料全球影响力奖，2024中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖。
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