《Journal of Molecular Structure》：A distinct polymorphic form of 2-amino-5-nitrobenzophenone: crystal structure, Hirshfeld surface analysis and structure-based DFT study
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本研究分离并表征了2-氨基-5-硝基苯基酮（ANBP-I）的新晶型，发现其与ANBP-II在晶系、单元参数、分子构象及超分子堆积上显著不同，主要源于苯酮核心构象变化及取代基重排。晶体通过N-H···O和C-H···O氢键构建三维网络，辅以弱相互作用。结合Hirshfeld表面积分析和DFT计算，揭示了构象偏好和电子特性对晶型的影响，强调弱相互作用在固态多样性中的作用。
A. 阿迪蒂亚·普拉萨德（Aditya Prasad）
化学系，CMR技术校区，坎德拉科亚（Kandlakoya），梅德查尔（Medchal），塞昆德拉巴德（Secunderabad）
摘要
通过单晶X射线衍射技术，我们分离并表征了一种新的2-氨基-5-硝基苯甲酮（ANBP）多晶型，将其命名为ANBP–I。ANBP–I属于单斜晶系P21/c，每个不对称单元中包含一个分子。尽管ANBP–I与先前报道的多晶型ANBP–II具有相同的分子组成和晶体对称性，但它们在单元格参数、分子构象以及超分子结构上存在显著差异。结构比较表明，ANBP的多晶性主要源于苯甲酮核心的构象灵活性以及氨基和硝基取代基的重新排列。ANBP–I的晶体堆积方式由N–H···O和C–H···O氢键的三维网络决定，同时还存在较弱的N–H···π、C–H···H–C以及π···π相互作用。通过Hirshfeld表面分析和二维指纹图谱来量化和比较这两种多晶型之间的分子间相互作用。基于实验确定的几何结构的密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示了与多晶性相关的构象偏好和电子特性。实验与理论结果的结合证实了ANBP–I是一种独特的多晶型，并强调了弱分子间相互作用在苯甲酮衍生物固态多样性形成中的作用。
引言
多晶性是指一种化合物能够以多种不同的晶体形式结晶的现象，这是固态化学和材料科学中的核心现象[[1], [2], [3]]。尽管具有相同的化学组成，同一分子的不同多晶型在密度、热稳定性、溶解度和分子间相互作用模式等方面可能表现出显著差异[[4], [5], [6]]。因此，阐明多晶性的结构起源对于晶体工程和药物科学具有重要意义[[7], [8], [9]]。最近的研究表明，多晶性和多形性往往受到微妙的构象和堆积效应的控制，而结合实验与计算的方法对于理解其结构起源和固态行为非常有益[10]。
苯甲酮衍生物是一类重要的芳香酮类化合物，其分子中的羰基具有显著的构象灵活性。这种灵活性，加上能够形成氢键和π相互作用的取代基，使得这类化合物容易发生多晶现象[[11], [12], [13]]。即使是微小的扭转角度或氢键拓扑变化，也可能导致不同的晶体堆积方式，而不会改变分子的连接性或晶体对称性[14,15]。
2-氨基-5-硝基苯甲酮（ANBP）是一种含有氨基和硝基官能团的典型苯甲酮衍生物，能够在固态下表现出多种分子间相互作用。ANBP的晶体结构最初由Dvorkin等人报道，其晶体属于单斜晶系P21/b[16]。随后，Cox等人报道了另一种属于单斜晶系P21/c的多晶型，从而证实了ANBP的多晶性质，并阐明了这两种晶系之间的晶体学关系[17]。后来，Cox和Wardell通过对多晶系统的单晶X射线衍射研究，确认了属于同一晶体类别和对称性的两种多晶型的存在[18]。
此外，还利用振动光谱和密度泛函理论方法研究了ANBP的电子结构和分子内相互作用[19]。从化学角度来看，2-氨基苯甲酮衍生物是苯二氮卓类药物（如硝西泮）在酸性条件下的水解产物，这一过程已在溶液中进行了机理研究[20]。尽管这些研究为分子转化途径提供了宝贵的见解，但它们依赖于已知的晶体结构数据，未能涉及多晶性或固态堆积效应。
理解微妙的构象差异如何转化为不同的多晶型对于解释基于苯甲酮的分子系统的固态行为至关重要。这种知识不仅限于晶体学分类，还对晶体工程和功能有机材料中的结构-性质关系具有实际意义，在这些材料中，分子堆积和弱分子间相互作用在决定晶体结构方面起着决定性作用。
在本研究中，我们报道了一种在常温结晶条件下获得的新多晶型2-氨基-5-硝基苯甲酮（ANBP–I），并通过单晶X射线衍射对其进行了表征。尽管ANBP–I与已报道的多晶型ANBP–II属于相同的单斜晶系P21/c，但它们在单元格参数、分子构象和分子间相互作用模式上存在明显差异。我们通过Hirshfeld表面分析、指纹图谱和密度泛函理论计算，对早期晶体学报告进行了全面比较。这些结果为ANBP的多晶性提供了新的见解，并进一步强调了苯甲酮衍生物对分子堆积微小变化的敏感性。
材料与结晶过程
2-氨基-5-硝基苯甲酮的制备方法基于文献中报道的方法，即通过盐酸水溶液中的酸水解硝西泮来制备，之前的研究直接从酸性介质中获得了晶体[17]。在本研究中，我们对分离和结晶步骤进行了改进，使用乙酸乙酯作为结晶溶剂。利用该溶剂成功生长出了单晶。
ANBP–I的晶体结构
ANBP–I属于单斜晶系P21/c，每个不对称单元中包含一个独立的分子。该分子由苯甲酮核心及其上的氨基和硝基取代基组成，由于羰基周围的旋转作用，其构象明显是非平面的。图1展示了ANBP–I与已报道的多晶型ANBP–II的分子几何结构以及经过密度泛函理论优化的结构的叠加图，突出了两者之间的显著差异。
结论
我们通过单晶X射线衍射技术分离并全面表征了一种新的2-氨基-5-硝基苯甲酮（ANBP–I）多晶型。虽然ANBP–I与先前报道的多晶型ANBP–II属于相同的单斜晶系，但它们在单元格参数、分子构象和分子间相互作用方面存在显著差异。Hirshfeld表面分析和指纹图谱显示了这些差异的实质。
作者贡献声明
阿迪蒂亚·普拉萨德（Aditya Prasad）：负责数据的可视化、验证、方法论设计、实验实施、资金筹集、数据分析、概念框架的构建以及数据管理。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
