Polycyclic aromatic hydrocarbons with an open-shell singlet biradical ground state are of fundamental interest and have potential applications in materials science. However, the inherent high reactivity makes their synthesis and characterization very challenging. In this work, a convenient synthetic route was developed to synthesize two kinetically blocked heptazethrene (HZ-TIPS) and octazethrene (OZ-TIPS) compounds with good stability. Their ground-state electronic structures were systematically investigated by a combination of different experimental methods, including steady-state and transient absorption spectroscopy, variable temperature NMR, electron spin resonance (ESR), superconducting quantum interfering device (SQUID), FT Raman, and X-ray crystallographic analysis, assisted by unrestricted symmetry-broken density functional theory (DFT) calculations. All these demonstrated that the heptazethrene derivative HZ-TIPS has a closed-shell ground state while its octazethrene analogue OZ-TIPS with a smaller energy gap exists as an open-shell singlet biradical with a large measured biradical character (y = 0.56). Large two-photon absorption (TPA) cross sections (σ((2))) were determined for HZ-TIPS (σ((2))(max) = 920 GM at 1250 nm) and OZ-TIPS (σ((2))(max) = 1200 GM at 1250 nm). In addition, HZ-TIPS and OZ-TIPS show a closely stacked 1D polymer chain in single crystals.

Stable open-shell polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are of fundamental interest due to their unique electronic, optical, and magnetic properties and promising applications in materials sciences. Chichibabin's hydrocarbon as a classical open-shell PAH has been investigated for a long time. However, most of the studies are complicated by their inherent high reactivity. In this work, two new stable benzannulated Chichibabin's hydrocarbons 1-CS and 2-OS were prepared, and their electronic structure and geometry in the ground state were studied by various experiments (steady-state and transient absorption spectra, NMR, electron spin resonance (ESR), superconducting quantum interference device (SQUID), FT Raman, X-ray crystallographic etc.) and density function theory (DFT) calculations. 1-CS and 2-OS exhibited tunable ground states, with a closed-shell quinoidal structure for 1-CS and an open-shell biradical form for 2-OS. Their corresponding excited-state forms 1-OS and 2-CS were also chemically approached and showed different decay processes. The biradical 1-OS displayed an unusually slow decay to the ground state (1-CS) due to a large energy barrier (95 ± 2.5 kJ/mol) arising from severe steric hindrance during the transition from an orthogonal biradical form to a butterfly-like quinoidal form. The quick transition from the quinoidal 2-CS (excited state) to the orthogonal biradicaloid 2-OS (ground state) happened during the attempted synthesis of 2-CS. Compounds 1-CS and 2-OS can be oxidized into stable dications by FeCl(3) and/or concentrated H(2)SO(4). The open-shell 2-OS also exhibited a large two-photon absorption (TPA) cross section (760 GM at 1200 nm).

We have prepared a series of bis(semiquinone) compounds with dithiophene bridges of different length that evolve from closed‐shell to full diradical character on the basis of the narrow singlet‐triplet energy gaps which allows the triplet population at 298 K for the longer compound. The medium size compound has a variety of photonic properties with absorptions and emission in the true NIR region mediated by a unique case of antikasha emission. A whole set of optical absorption and emission steady state and pico‐second transient absorption spectroscopies together with vibrational spectroscopies, spectroelectrochemistry and theoretical calculations have been carried our and subsequently interpreted.

Quantum interference (QI) effects offer unique opportunities to modulate charge transport through single molecules. In recent years, several transmission selection rules have been developed to determine constructive and destructive QIs in an intuitive and simple manner, although some of these rules fail for cross-conjugated systems. In this work, we evaluate the performance of distinct transmission rules on a broad series of anthracene and fluorene derivatives with distinctive structural features including linear-, broken-, and cross-conjugation, heteroatoms, and five-membered rings as such species affords a predictive challenge for the qualitative selection rules for QI effects. The electron transport properties and local transmission plots are first evaluated by combining DFT and the nonequilibrium Green function method allowing for an equal-footing comparison of the conductance of the different polycyclic compounds. Our findings are in line with experimental observations on the influence of the type of conjugation and the connectivity to the metallic electrodes on the transport properties. Thus, cross-conjugated systems exhibit reduced conductance values as compared to the linear-conjugated ones, although the transmission is enhanced in the

A triskelion‐shaped triradical triindeno[1,2‐a:1',2'‐g:1'',2''‐m]triphenylen‐7‐yl (1) and its internally fused derivative obtained by oxidative cyclization (2) were prepared in a straightforward synthetic sequence. Both compounds were confirmed to be triradicals and to possess intramolecular antiferromagnetic exchange interactions between spins, displaying a spin‐frustrated doublet ground state with doublet‐quartet energy gaps of −0.14 kcal/mol for 1 and −0.06 kcal/mol for 2. Despite their open‐shell character, they were sufficiently stable to be handled under ambient conditions on a timescale of days. Both compounds could be reversibly reduced to mono‐, di‐, and trianions and oxidized to 1+ and 22+, with strong NIR absorptions (1800 to over 3200 nm) observed for all open‐shell ions.

Acetylene/polyynes –(C≡C–)n and cumulenes =(C=)n are connectors widely used for the realization of one‐dimensional (1‐D) π‐conjugates. Although both π‐moieties are constituted by sp carbon atoms, their different bond connectivity confers distinct physicochemical properties to the resulting systems. In this context, while many acetylene/polyyne‐ and cumulene‐based derivatives have been prepared and studied, no reports have tackled the possibility to reversibly alter the acetylene/polyyne‐cumulene electronic character of these derivatives using mild conditions. Herein, we present a novel approach to enhance the cumulene character of 1‐D acetylene‐based conjugates consisting in the preparation of derivatives featuring an acetylene moiety connecting two pro‐diradicaloid species, namely cyclopenta[h,i]aceanthrylene (CPA), at their pro‐radical positions. A thoughtful spectroscopic study of the prepared dimers, complemented by theoretical calculations, suggest a high π‐electronic delocalization of the pro‐diradicaloid CPAs through the central acetylene spacer upon the dimers’ planarization which, in turn, increases the cumulenic character of the acetylenic π‐bridge, a feature enhanced for one of the two dimers at low temperature and in methylcyclohexane due to an aggregation‐induced planarization process. We reckon that the proposed approach offers an interesting avenue towards the realization of 1‐D systems which cumulenic character of the acetylenic π‐connector could be altered in response to external stimuli.

A triskelion‐shaped triradical triindeno[1,2‐a:1',2'‐g:1'',2''‐m]triphenylen‐7‐yl (1) and its internally fused derivative obtained by oxidative cyclization (2) were prepared in a straightforward synthetic sequence. Both compounds were confirmed to be triradicals and to possess intramolecular antiferromagnetic exchange interactions between spins, displaying a spin‐frustrated doublet ground state with doublet‐quartet energy gaps of −0.14 kcal/mol for 1 and −0.06 kcal/mol for 2. Despite their open‐shell character, they were sufficiently stable to be handled under ambient conditions on a timescale of days. Both compounds could be reversibly reduced to mono‐, di‐, and trianions and oxidized to 1+ and 22+, with strong NIR absorptions (1800 to over 3200 nm) observed for all open‐shell ions.

Azuacenes, defined as azulene fused with acenes in a 6-7-5 ring topology and spanning lengths from 3 to 6 rings, have been synthesized using a new skeleton editing and [3 + 2] annulation synthesis protocol as a distinction regarding the procedures to obtain the 6-5-7 isomers. Comprehensive studies on ground-state and excited-state spectroscopy, electrochemical properties, chemical stability, and solid-state structure have been conducted to compare these azuacenes with acenes. For the same number of rings, we found that azuacenes improve the chemical stability of acenes (i.e., smaller diradical character) and their photophysical properties (i.e., anti-Kasha emissions and modulation of the energy and strength of the visible bands) but they reduce the transport features compared to those of acenes. Compared with azulene, azuacenes improve the performance of azulene in terms of electrical properties. Overall, the fusion of known polycyclic compounds, such as acene and azulene, produces new isomeric hybrid compounds with enhanced properties. Here, the resulting compounds turn out to conserve most of the unique properties of the two building blocks that we associate with the facility of π-delocalization of the positive charge of the azulene zwitterion over the acene fragment.

A comprehensive investigation of two new molecular triads incorporating the diketopyrrolopyrrole unit into a quinoidized thienothiophene skeleton, which is further end‐capped with dicyanomethylene (DPP‐TT‐CN) or phenoxyl groups (DPP‐TT‐PhO), has been carried out. A combination of UV‐Vis‐NIR and infrared spectroelectrochemical techniques and cryogenic UV‐Vis‐NIR absorption spectroscopy supported by theoretical calculations has been used. The main result is the formation of similar H‐aggregates in the dimerization process of the neutral molecules and of the charged anionic species. The experimental absorption spectra of the aggregated species are accurately reproduced by quantum chemical calculations using the Spano’s model, including excitonic coupling for the dimeric forms and full vibronic resolution of the absorption bands. The strong excitonic coupling taking place is key to understand the electronic structure of the dimeric aggregates and has been instrumental to disentangle the type of H‐aggregation. This study is of relevance to get a better understanding of the molecular aggregation of organic p‐conjugated chromophores and is useful as a guideline for the refinement of the engineering of molecular materials for which supramolecular design is required.