噁唑类三氮烯衍生物激发态分子内质子转移(ESIPT)的机制解析及其生物活性研究

本研究针对苯基三氮烯-噁唑衍生物(PTOs)的光致互变异构机制展开，通过合成系列PTOs并分析其溶剂极性依赖的光谱行为，揭示了其双重荧光特性与Stokes位移现象。团队采用DFT理论计算（B3LYP/6-311++G(d,p)）结合D3(BJ)色散校正，阐明激发态分子内质子转移(ESIPT)过程中N*/T*构型的电荷分布与vdW作用，并通过DPPH实验证实其抗氧化活性。研究为开发新型光物理探针提供理论依据，发表于《Journal of Physical Organic Chemistry》。

　　

在光响应型生物探针的开发中，噁唑类三氮烯衍生物(PTOs)因其独特的激发态分子内质子转移(ESIPT)特性备受关注。这类化合物在紫外光激发下能发生质子迁移，产生显著的光谱位移，但对其精确的质子转移路径与溶剂极性响应机制仍缺乏系统研究。更关键的是，这类分子在生物体系中的潜在抗氧化活性尚未充分探索。

为解决这些问题，研究人员开展了针对PTOs的ESIPT机制与生物活性研究。通过设计合成系列PTOs分子，观察到其在极性溶剂中呈现双重荧光发射峰（~400nm和~500nm）及超过100nm的Stokes位移，证实了激发态存在N*(正常态)与T*(质子转移态)两种构型。采用Bakhshiev、Lippert-Mataga等四种溶剂化显色方法计算得到激发态偶极矩(μ_p
)，与DFT理论值高度吻合。通过CIS/B3LYP/6-311++G(d,p)方法计算发现，HOMO→LUMO跃迁导致三氮烯桥两端电荷重排（NBO电荷差>0.5e），ESP图谱显示质子给体(NH)与受体(噁唑N)间存在强静电吸引。D3(BJ)色散校正揭示分子内存在显著vdW作用（能量>15kJ/mol），稳定了质子转移过渡态。DPPH自由基清除实验显示部分PTOs的IC₅₀
低于50μM，证实其抗氧化潜力。

关键实验技术：采用紫外-可见光谱和稳态荧光光谱分析溶剂极性效应；通过DFT计算（含D3(BJ)校正）获得分子轨道和热力学参数；使用Catálan和Abboud-Kamlet-Taft多参数标度分析酸碱性质；DPPH法测定抗氧化活性。

分子结构与光物理特性：理论计算表明PTOs的N*→T*转变伴随偶极矩增加（Δμ=3.5-5.2D），与实验测得的溶剂依赖性荧光位移一致。

电荷分布与质子转移：Mulliken电荷分析显示质子迁移后三氮烯N₁
电荷减少0.3e，噁唑N电荷增加0.4e，NBO二阶微扰能(>30kcal/mol)证实分子内氢键稳定T*构型。

抗氧化活性：含推电子基的PTOs对DPPH的清除率可达70%，EC₅₀
与HOMO能级(<-5.8eV)呈线性相关。

该研究首次建立了PTOs的ESIPT过程与抗氧化活性的构效关系，证实溶剂极性通过调控N*/T*平衡影响质子转移效率。理论计算揭示的vdW作用为设计高稳定性ESIPT探针提供了新思路，而DPPH活性数据则拓展了该类分子在氧化应激相关疾病中的应用前景。研究结果对开发新型光动力治疗试剂具有重要指导价值。