氰基(-CN)取代位点调控BACN分子激发态质子转移(ESIPT)及荧光特性的理论机制研究

来自国内的研究团队通过密度泛函理论(DFT)和含时DFT方法，系统探究了α-氰基芪衍生物BACN的激发态分子内质子转移(ESIPT)行为与光物理特性。研究发现S1态下分子内氢键(IHBs)增强促进质子转移，而-CN基团的不同取代位点会削弱IHBs强度、提高ESIPT能垒，导致互变异构体荧光红移和斯托克斯位移增大，为精准调控荧光探针性能提供理论依据。

　　

这项研究聚焦于新型荧光团BACN的微观机制，该分子由2-(2'-羟基苯基)苯并噻唑与α-氰基芪单元巧妙拼接而成。实验虽已合成该化合物，但难以捕捉其激发态分子内质子转移(ESIPT)的动态细节。理论计算团队运用TD-PBE38/6-311+G(d,p)方法，成功复现了实验观测的吸收/发射波长，更通过结构参数、红外振动、拓扑分析和梯度场(RDG)等多维度证据链，揭示S₁态下分子内氢键(IHBs)如同"分子弹簧"般被强化，显著降低质子迁移能垒。有趣的是，当像"分子开关"般的-CN基团被安置在不同位置时，会削弱IHBs的键合强度，使ESIPT过程需要跨越更高能垒，最终导致互变异构体的荧光发射如同"红移的晚霞"，并产生更大的斯托克斯位移。这些发现为理性设计性能可调的ESIPT型荧光传感器提供了分子水平的操作指南。