NLO活性Schiff碱（E）-2,4-二-叔丁基-6-(((5-氯-2-羟基苯基)亚氨基)甲基)苯的合成、晶体结构、Hirshfeld表面分析、密度泛函理论（DFT）计算及光谱分析

《Journal of Molecular Structure》：Synthesis, crystal structure, Hirshfeld surface analysis, DFT calculations and spectral analysis of NLO active Schiff base (E)-2,4-di-tert-butyl-6-(((5-chloro-2-hydroxyphenyl)imino)methyl)phenol

非线性光学活性Schiff碱BCHIMP的合成与表征，包括单晶X射线衍射（正交晶系）、多光谱分析（FTIR, UV-vis, NMR）及DFT计算（B3LYP/6-311++G(d,p)），证实其超极化率达21倍尿素。分子对接显示与大肠杆菌DNA gyrase的潜在结合，ADMET分析评估药代动力学潜力。晶体结构中存在分子内氢键，理论计算与实验数据吻合。

　　Nitu Singh、Abu Taha、Harsh Yadav、Pradeep Kumar 和 Athar Adil Hashmi 来自印度德里贾米亚伊斯兰大学化学系的生物无机实验室，他们共同开展了一项关于合成非线性光学活性单晶的研究。这项研究聚焦于一种名为 BCHIMP（(E)-2,4-二叔丁基-6-（（5-氯-2-羟基苯基亚胺基）甲基）邻苯二酚）的化合物，该化合物通过将等摩尔的 2-氨基-4-氯邻苯二酚与 3,5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛在甲醇中进行缩合反应合成。BCHIMP 的结构和性质通过多种实验手段进行了详细分析，包括元素分析、质谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见光谱（UV–vis）、氢核磁共振（¹H NMR）、碳核磁共振（¹³C NMR）、粉末X射线衍射（XRD）、单晶X射线衍射（SCXRD）以及热分析。此外，理论计算也用于研究其分子特性，如优化的分子几何结构、振动频率、前线分子轨道（FMO）、分子静电势（MEP）以及自然键轨道（NBO）分析。

单晶X射线衍射分析结果表明，BCHIMP 属于正交晶系（orthorhombic crystal system），其晶体结构在实验中得到了清晰的确认。通过Hirshfeld表面和指纹图谱分析，研究人员进一步揭示了晶体内部的分子间相互作用。这些分析不仅帮助理解了BCHIMP的分子排列方式，还提供了关于分子间作用力的详细信息，为后续的理论计算和实验研究奠定了基础。

在理论计算方面，研究团队采用了密度泛函理论（DFT）方法，在B3LYP/6–311++G(d, p)水平上进行了计算。这种方法能够有效地预测分子的电子结构、几何构型以及非线性光学性质。通过这些计算，研究人员探索了BCHIMP的分子特性，包括其分子轨道的分布、电子密度的变化以及分子间的非共价相互作用。理论计算的结果与实验数据表现出良好的一致性，这表明该化合物的非线性光学性能具有高度的可预测性和稳定性。

BCHIMP 的非线性光学性能尤为引人注目。实验结果显示，其第一阶超极化率（first-order hyperpolarizability）是尿素的21倍。这一特性使其在非线性光学（NLO）应用中展现出巨大的潜力，例如在光电子器件、光学传感器和激光技术等领域。非线性光学材料通常需要具有较高的超极化率，以实现高效的光响应和非线性效应。因此，BCHIMP 的这一特性为开发新型光学材料提供了重要的理论依据和实验支持。

除了非线性光学性能，BCHIMP 还在生物活性方面展现出独特的优势。研究人员通过分子对接（molecular docking）技术，评估了该化合物与大肠杆菌（Escherichia coli）DNA旋转酶（DNA gyrase）的相互作用。DNA旋转酶是一种关键的酶，它在细菌的DNA超螺旋调节、复制和染色体分离过程中发挥重要作用。该酶的活性对于细菌的生存和致病性至关重要，因此，它是抗生素开发的重要靶点之一。通过分子对接研究，研究人员预测了BCHIMP与DNA旋转酶的结合模式，并探讨了其可能的抑制机制。这些结果表明，BCHIMP 具有潜在的抗菌活性，特别是在针对大肠杆菌等病原体方面。

为了进一步评估BCHIMP 在药物开发中的潜力，研究团队还进行了吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADMET）分析。ADMET 分析是药物研发过程中不可或缺的一环，它能够帮助研究人员预测化合物在生物体内的行为及其安全性。通过这些分析，研究人员可以更全面地了解BCHIMP的药代动力学特性，为后续的药物设计和开发提供参考。此外，ADMET 分析结果也支持了BCHIMP 在非线性光学材料和抗菌药物两个方向上的应用前景。

BCHIMP 的合成和研究不仅涉及化学合成，还涵盖了结构分析、理论计算和生物活性评估等多个方面。这种跨学科的研究方法有助于全面理解化合物的物理和化学性质，同时也为实际应用提供了坚实的科学基础。研究团队通过实验和计算相结合的方式，不仅验证了BCHIMP的非线性光学性能，还探索了其在抗菌领域的应用潜力。这种综合性研究方法在现代化学和材料科学中越来越受到重视，因为它能够帮助研究人员更深入地了解化合物的多维特性，并为其在不同领域的应用提供科学依据。

此外，BCHIMP 的分子结构和功能特性也为其在其他领域的应用提供了可能性。例如，该化合物的分子构型和电子结构可能使其在电化学传感器、光学传感器以及生物分子识别等领域具有潜在价值。研究团队在实验中发现，BCHIMP 的分子结构中含有多个官能团，如羟基、氨基和氯原子，这些官能团的存在可能影响其与其他分子的相互作用，从而在不同的应用环境中表现出不同的性能。因此，进一步研究BCHIMP的分子行为及其与其他生物分子的相互作用，将有助于拓展其应用范围。

在合成过程中，研究人员选择了特定的前体分子，即 2-氨基-4-氯邻苯二酚和 3,5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛。这些前体分子的选择不仅基于其化学结构的多样性，还考虑了它们在合成过程中的反应活性。2-氨基-4-氯邻苯二酚含有一个氨基和一个羟基，这两个官能团在合成 Schiff 基化合物时具有重要的作用。氨基具有较强的亲核性，能够与醛基发生缩合反应，形成稳定的 Schiff 基结构。而羟基则可以通过分子内氢键作用稳定分子结构，增强其在固态下的稳定性。另一方面，3,5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛则提供了稳定的芳香环骨架，其叔丁基取代基能够有效降低分子的极性，从而影响其非线性光学性能。

在合成过程中，甲醇被用作反应溶剂，这可能对产物的纯度和结晶性产生影响。甲醇是一种常见的有机溶剂，能够有效溶解反应物，并在反应结束后帮助产物形成晶体。此外，甲醇的极性较低，有助于减少分子间的极性相互作用，从而提高产物的结晶质量。通过选择合适的反应条件，研究人员成功合成了具有非线性光学活性的 BCHIMP，并对其结构和性质进行了系统的分析。

实验和理论研究的结果表明，BCHIMP 的分子结构和官能团分布对其非线性光学性能和生物活性具有重要影响。例如，分子中的氯原子可能通过电子效应增强其非线性光学响应，而羟基则可能通过分子内氢键作用稳定分子结构。这些特性使得 BCHIMP 在非线性光学材料和抗菌药物两个领域都具有应用潜力。此外，研究团队还通过实验和计算手段验证了这些特性的可预测性和稳定性，为后续的材料开发和药物设计提供了重要的科学依据。

在药物开发方面，BCHIMP 的抗菌活性可能是由于其能够与细菌的关键酶（如 DNA旋转酶）相互作用，从而干扰其正常的生理功能。这种作用机制可能涉及分子间的非共价相互作用，如氢键、范德华力和π-π堆积等。通过分子对接技术，研究人员可以预测这些相互作用的具体方式，并进一步优化化合物的结构，以提高其生物活性和选择性。此外，ADMET 分析结果还表明，BCHIMP 具有一定的生物可利用性和安全性，这为其在药物开发中的应用提供了额外的支持。

综上所述，BCHIMP 是一种具有多种功能特性的化合物，其非线性光学性能和抗菌活性使其在多个领域具有重要的应用前景。研究团队通过实验和理论相结合的方法，不仅验证了该化合物的结构和性质，还探索了其在非线性光学材料和抗菌药物中的潜在用途。这些研究结果为未来的材料开发和药物设计提供了重要的科学支持，并展示了跨学科研究在现代化学中的重要价值。通过进一步的实验和计算研究，BCHIMP 可能成为一种新型的多功能材料，具有广泛的应用潜力。