4-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇构象与互变异构体的多尺度光谱解析与DFT计算研究

本研究针对4-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇（4TFP2T）的构象偏好、互变异构稳定性及光谱特征展开联合实验与理论分析。通过FT-Raman、ATR-FTIR、多核NMR及UV-Vis光谱技术，结合DFT（B3LYP/ωB97XD）计算，首次鉴定出两种能量相近的硫醇构象体（S2-TC与S4-TT），证实硫醇形式比硫酮（S7-T/S8-T）稳定3.66-5.45 kcal/mol。研究通过振动归属、NCA力场分析及NBO电荷分布，揭示了分子内电荷转移机制与反应活性位点，为含氟嘧啶类药物的设计提供了关键理论依据。

　　

含氮杂环化合物在生命科学领域占据着举足轻重的地位，从遗传物质DNA/RNA的碱基构成到抗病毒药物的核心骨架，嘧啶衍生物始终是研究的焦点。其中，三氟甲基（CF₃）的引入能显著改变分子性质——它像一把“分子手术刀”，通过强吸电子效应精准调控化合物的脂溶性、代谢稳定性和生物活性。然而，关于4-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇（4TFP2T）这一兼具药物开发潜力（如抗HIV、抗癌）和工业应用价值（腐蚀抑制）的分子，其构象动态、互变异构平衡及光谱指纹却长期缺乏系统研究。

为破解这一难题，国内研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表了综合性研究成果。他们采用“光谱-计算”双轨策略：实验方面，采集了固态FT-Raman（50-4000 cm^?1）和ATR-FTIR（380-4000 cm^?1）光谱，结合DMSO-d₆溶液中的多核NMR（¹H/¹³C/¹⁵N/¹⁹F）及UV-Vis数据；理论层面则运用DFT（B3LYP/P3PW91/ωB97XD）对12种构象/异构体进行优化，并开展振动分析、NBO电荷分布和TD-DFT模拟。

关键方法
研究通过6-311++G(d,p)基组计算优化构象，采用Wilson法进行简正坐标分析（NCA）和势能分布（PED）以归属振动峰；利用NBO和Mulliken布居分析揭示电荷转移；结合FMO能隙和MEP图谱定位活性位点；TD-DFT模拟UV-Vis吸收。

构象与互变异构
发现硫醇形式存在两种优势构象：S2-TC（反式-顺式）与S4-TT（反式-反式），能量差仅0.12-0.14 kcal/mol。硫酮异构体（S7-T/S8-T）因能垒高出3.66-5.45 kcal/mol而难以自发转化，这与固态IR中硫醇特征峰（2550 cm^?1 S-H伸缩）的独占性相互印证。

振动光谱解析
通过NCA力场分析，明确指认了C-S伸缩（715 cm^?1）、CF₃对称变形（745 cm^?1）等关键振动模式。PED显示C-N伸缩（55%）与NCS弯曲（22%）对~1570 cm^?1峰贡献显著，为光谱诊断提供依据。

电子结构特性
NBO分析揭示硫醇构象中S→N的σ*超共轭（~20 kcal/mol稳定化能），而MEP图谱显示硫原子区域（-42 kcal/mol）为亲核攻击热点。HOMO-LUMO能隙（5.8 eV）暗示较高动力学稳定性。

结论与意义
该研究首次确立4TFP2T以硫醇构象为主导的结构范式，其精确的光谱归属和电子结构解析为三类应用铺路：1）指导含氟嘧啶类抗癌药物的理性设计；2）优化腐蚀抑制剂分子工程；3）为大气化学中CF₃自由基反应机制研究提供模型体系。团队对已故James R. During教授力场分析方法的传承发展，更凸显了跨代科研协作的价值。