基于核磁共振(NMR)的ESIPT活性2-(2'-羟基-3'-甲基苯基)苯并唑类及其甲酰衍生物的结构解析与光物理机制研究

本研究针对ESIPT(激发态分子内质子转移)荧光团结构表征不完善的难题，通过多维NMR技术(1H/13C、COSY/HSQC/HMBC)首次完成6种苯并唑衍生物的完整信号归属，建立复杂芳香体系分析新范式，为荧光探针设计提供关键结构依据。

　　

在荧光分子探针领域，激发态分子内质子转移(ESIPT)化合物因其独特的光物理性质备受关注。这类分子通常表现出大斯托克斯(Stokes)位移、抗自吸收效应等优势，在环境监测和生物成像中具有重要应用价值。然而长期以来，研究者们更关注其合成方法与荧光性能，对支撑这些特性的精细结构基础——特别是涉及质子转移的关键氢键网络——缺乏系统表征。这种认知空白严重制约了理性分子设计的发展。

针对这一瓶颈问题，由巴西国家科学技术发展委员会(CNPq)资助的研究团队，在《Journal of Molecular Structure》发表了突破性成果。该研究选取2-(2'-羟基-3'-甲基苯基)苯并唑母核及其甲酰化衍生物为模型体系，通过多维核磁共振(NMR)技术首次绘制出完整的结构图谱，揭示了ESIPT过程的分子构效关系。

关键技术方法包括：使用Bruker Avance III 400 MHz谱仪完成¹H/¹³C一维谱及COSY(相关谱)、HSQC(异核单量子相干)、HMBC(异核多键相关)二维实验；通过Duff甲酰化反应制备新型衍生物；结合熔点测定和TLC层析监控反应进程。

【Materials and methods】
研究采用3-甲基水杨酸与邻位取代苯胺在聚磷酸(PPA)中缩合制备苯并唑前体，经180℃反应5小时后获得目标产物。所有化合物通过硅胶柱层析纯化，纯度经薄层色谱(TLC)验证。

【NMR experiments】
关键发现包括：①首次指认了参与分子内氢键的活泼质子信号，证实羟基与氮原子形成O-H···N氢键是ESIPT的结构基础；②通过HMBC远程相关确定甲酰基的引入位点，发现甲酰化显著改变π电子离域模式；③建立了一套适用于复杂芳香体系的NMR解析流程，包括利用¹³C化学位移区分苯并唑异构体。

【Conclusions】
该研究不仅填补了ESIPT体系结构表征的技术空白，更建立了"结构-荧光性质"的对应关系：分子平面性和氢键强度直接决定质子转移效率，而甲酰基修饰可通过调控电子密度分布来优化荧光性能。这些发现为设计新一代高灵敏度荧光探针提供了分子工程指南，特别在汞离子(Hg²⁺)、氰化物(CN^-)检测等环境监测领域具有应用前景。

论文通讯作者Fabiano S. Rodembusch强调，这项工作展示的NMR解析策略可推广至其他光活性分子体系。研究团队特别指出，甲酰化衍生物表现出的溶剂化显色效应，为开发比率型荧光传感器开辟了新途径。该成果不仅被学术界评价为"ESIPT研究的里程碑式工作"，其建立的分析方法已被多个课题组应用于类似体系的结构解析。