编辑推荐：
为探究取代基对荧光分子光物理性质及 ESIPT 过程的影响，研究人员设计 BTP 衍生物（BTP-1、BTP-2、BTP-3）。发现取代基使吸收 / 荧光峰红移，-CN 降低 ESIPT 能垒，-CN 与 - N (CH?)?共存阻碍该过程，为开发新型荧光分子提供参考。
在生命科学与化学交叉领域，荧光分子的精准调控一直是研究者关注的焦点。激发态分子内质子转移（Excited State Intramolecular Proton Transfer, ESIPT）作为一种独特的光物理过程，其效率和路径受分子结构、取代基等因素显著影响。然而，目前对于取代基如何定量调控 ESIPT 行为及荧光特性的机制尚不完全明确，尤其是在多取代基协同作用下的分子设计缺乏系统理论指导。开发具有高选择性、高灵敏度的荧光探针，需要深入理解取代基与分子光物理性质之间的构效关系，这也成为制约新型荧光材料开发的关键科学问题。
为解决上述难题，研究人员针对新型荧光分子 5 - 双（苯并 [d] 噻唑 - 2 - 基）苯酚（BTP）展开系统性研究。通过引入 - CN 和 / 或 - N (CH?)?基团，设计合成了三种衍生物（BTP-1、BTP-2、BTP-3），借助密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）和含时密度泛函理论（Time-Dependent DFT, TD-DFT），从分子结构、红外振动光谱、电子密度分布等多维度解析取代基对 ESIPT 过程及荧光特性的调控机制。研究成果发表于《Computational and Theoretical Chemistry》，为高效荧光分子的理性设计提供了重要理论依据。
研究采用 Gaussian 09 程序，基于 PBE0 泛函和 6-311+g (d,p) 基组，结合乙腈溶剂中的积分方程公式极化连续模型（IEFPCM），对 BTP 衍生物在基态（S?）和激发态（S?）的正常态（N）和互变异构态（T）结构进行优化。通过分析关键结构参数、红外（IR）振动光谱、电子密度及约化密度梯度（RDG）等，揭示取代基对分子内氢键（Intramolecular Hydrogen Bond, IHB）强度的影响规律。
优化构型与红外振动分析
对 BTP-1、BTP-2、BTP-3 在 S?态的 N 和 T 结构优化表明，所有结构均为局部极小点（无虚频）。BTP-1 和 BTP-2 在 S?态无法获得稳定的 T 结构，优化过程均趋向 N 结构。关键 IHB 参数（如 O?-H?…N?距离）显示，激发态下 BTP-1 和 BTP-2 的 IHB 强度显著增强，这为 ESIPT 过程提供了更强的驱动力。红外振动光谱中，O-H 伸缩振动频率的位移进一步佐证了 IHB 强度的变化，激发态下氢键增强导致振动频率红移。
取代基对光物理性质的影响
紫外 - 可见吸收和荧光光谱计算表明，引入取代基导致吸收和荧光峰发生红移（浴 ochromic shift）。其中，双 - CN 取代的 BTP-1 红移幅度最大，说明强吸电子基团 - CN 能有效拓展分子的共轭体系，降低能隙。电子 - 空穴分布和前沿分子轨道（FMOs）分析显示，-CN 基团促进分子内电荷转移（Intramolecular Charge Transfer, ICT），而 - N (CH?)?作为给电子基团，与 - CN 形成推拉效应（push-pull effect），但二者共存时（如 BTP-2、BTP-3），电荷转移路径变得复杂，部分抑制了 ICT 效率。
势能曲线与 ESIPT 能垒
通过构建势能曲线（Potential Energy Curves, PECs），研究发现 BTP-1（双 - CN 取代）的 ESIPT 能垒显著低于母体 BTP，表明 - CN 基团通过增强 IHB 和促进 ICT 双重机制降低反应能垒，加速 ESIPT 过程。而 BTP-2 和 BTP-3 中同时存在 - CN 和 - N (CH?)?时，能垒升高，说明给电子基团与吸电子基团的空间位阻或电子效应冲突，阻碍了质子转移路径。这一结果揭示了取代基类型与位置对 ESIPT 动力学的关键调控作用。
电子密度与 RDG 分析
约化密度梯度（RDG）等密度面分析直观展示了分子内氢键及范德华相互作用的分布。BTP-1 和 BTP-2 在激发态的 RDG 图中，IHB 区域的等值线更密集，表明氢键作用更强，与结构参数和振动光谱结果一致。电子密度拓扑分析进一步量化了氢键强度，激发态下的电荷重新分布使 O-H…N 氢键的电子共享程度提高，增强了键的稳定性。
研究通过理论计算系统阐明了取代基对 BTP 类荧光分子 ESIPT 行为和荧光特性的调控机制。结果表明，-CN 基团通过增强分子内氢键和促进电荷转移显著降低 ESIPT 能垒，而 - CN 与 - N (CH?)?的共存则因电子效应冲突抑制该过程。这些发现为设计高性能 ESIPT 荧光探针提供了清晰的结构 - 性能关系指导，特别是在多取代基协同调控策略方面具有重要参考价值。未来研究可基于此进一步拓展取代基类型，探索更复杂体系中的构效关系，推动高选择性荧光分子在生物传感、光电子器件等领域的实际应用。研究不仅深化了对 ESIPT 机理的理论认知，也为实验合成提供了可预测的设计模型，加速了新型功能分子的开发进程。
