Struct Bond (2020) 185: 199–238
https://doi.org/10.1007/430_2020_78
# Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 11 October 2020
Watching Photochemistry Happen: Recent
Developments in Dynamic Single-Crystal
X-Ray Diffraction Studies
Lauren E. Hatcher, Mark R. Warren, Anuradha R. Pallipurath,
Lucy K. Saunders, and Jonathan M. Skelton
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
2 Linkage Isomer Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
2.1 Nitrite (NO 2
À ) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
2.2 Nitrosyl (NO) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
2.3 Sulphur Dioxide (SO 2 ) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
2.4 Dinitrogen (N 2 ) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
2.5 Linkage Isomer Device Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
3 Steady-State and Pseudo-Steady-State Photocrystallographic Methodology . . . . . . . . . . . . . . 209
3.1 Experimental Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
3.2 Static Ground and Excited States (Photostationary Structures) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
3.3 Excitation Kinetics Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
3.4 Decay Kinetics Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
3.5 Pseudo-Steady-State Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
4 Considerations for Pump-Probe Photocrystallography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
4.1 Pump-Probe Versus Pump-Multiprobe Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
4.2 Excitation Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
4.3 X-Ray Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
4.4 X-Ray Detectors . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
4.5 Sample Delivery . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
L. E. Hatcher
School of Chemistry, Cardiff University, Cardiff, UK
e-mail: HatcherL1@cardiff.ac.uk
M. R. Warren and L. K. Saunders
Diamond Light Source Ltd., Diamond House, Harwell Science and Innovation Campus, Didcot,
UK
A. R. Pallipurath
School of Chemical and Process Engineering, University of Leeds, Leeds, UK
J. M. Skelton (*)
Department of Chemistry, University of Manchester, Manchester, UK
e-mail: jonathan.skelton@manchester.ac.uk
https://doi.org/10.1007/430_2020_78
# Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 11 October 2020
Watching Photochemistry Happen: Recent
Developments in Dynamic Single-Crystal
X-Ray Diffraction Studies
Lauren E. Hatcher, Mark R. Warren, Anuradha R. Pallipurath,
Lucy K. Saunders, and Jonathan M. Skelton
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
2 Linkage Isomer Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
2.1 Nitrite (NO 2
À ) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
2.2 Nitrosyl (NO) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
2.3 Sulphur Dioxide (SO 2 ) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
2.4 Dinitrogen (N 2 ) Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
2.5 Linkage Isomer Device Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
3 Steady-State and Pseudo-Steady-State Photocrystallographic Methodology . . . . . . . . . . . . . . 209
3.1 Experimental Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
3.2 Static Ground and Excited States (Photostationary Structures) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
3.3 Excitation Kinetics Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
3.4 Decay Kinetics Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
3.5 Pseudo-Steady-State Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
4 Considerations for Pump-Probe Photocrystallography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
4.1 Pump-Probe Versus Pump-Multiprobe Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
4.2 Excitation Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
4.3 X-Ray Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
4.4 X-Ray Detectors . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
4.5 Sample Delivery . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
L. E. Hatcher
School of Chemistry, Cardiff University, Cardiff, UK
e-mail: HatcherL1@cardiff.ac.uk
M. R. Warren and L. K. Saunders
Diamond Light Source Ltd., Diamond House, Harwell Science and Innovation Campus, Didcot,
UK
A. R. Pallipurath
School of Chemical and Process Engineering, University of Leeds, Leeds, UK
J. M. Skelton (*)
Department of Chemistry, University of Manchester, Manchester, UK
e-mail: jonathan.skelton@manchester.ac.uk