圣彼得堡大学研究人员合成了一系列发光铱配合物，并在实验中观察到一种由光触发的激发态分子内质子转移（ESIPT）机制。研究团队表示，这一机制有望为开发对微环境敏感的“智能”抗肿瘤药物或诊疗一体化分子提供基础。相关研究已发表在《无机化学》（Inorganic Chemistry）。
光激活质子转移机制与应用背景
分子在光照下改变性质是化学研究中的常见现象。其中，ESIPT是一类重要过程：分子通常同时包含质子供体与质子受体两个功能基团。当分子吸收光子后，电子密度发生重新分布，质子会从供体快速转移至受体。该过程被认为与多种生物现象相关，并在工业领域已有应用。
传统有机体系的瓶颈与金属引入难题
研究人员指出，过去“可开关”发光体系多基于有机分子构建，但往往存在发光强度不足、稳定性较差等问题。为改善性能，学界曾尝试将金属原子引入体系以提升稳定性并赋予新功能，但常见情况是金属离子与有机分子配位后会置换掉易变的质子，从而抑制ESIPT开关机制。
在此背景下，如何构建金属有机配合物，使金属原子不阻碍、反而促进质子转移，被视为关键挑战。
铱配合物实现变色发光：蓝绿色转为橙红色
圣彼得堡大学团队合成的铱配合物采用特殊有机配体结构，使中心铱原子在光照条件下参与电子密度分布调控，进而触发激发态分子内的超快质子转移。研究显示，质子转移发生后，分子发射光颜色由蓝绿色转为橙红色，对应发射波长变化约100纳米。
研究团队称，这是首个金属有机发光分子实例，其中金属原子直接控制质子转移过程，同时质子供体与受体中心在空间上分离。
分子设计：非环状二氨基卡宾与吡嗪“捕获”位点
为实现上述机制，研究人员在铱配合物中引入了具有有机“骨架”的配体结构，包括一种非环状二氨基卡宾配体，并加入含两个氮原子的吡嗪片段作为质子的“捕获”位点。研究描述称，分子吸光后，铱原子起到“分子泵”作用，将电子密度转移至吡嗪片段，从而增强其吸引质子的能力，促使氢原子发生“跳跃”，形成另一种分子形式并引发发光颜色改变。
多种实验与计算验证质子转移是变色原因
研究团队通过多项观察验证质子转移效率与变色来源。
- 溶剂依赖性：在某些溶剂中配合物呈橙色发光；而在酒精环境中，由于质子转移被阻断，发光恢复为绿色。
- 计算机模拟：模拟结果显示，在激发态分子中质子转移在能量上更有利，并会导致颜色变化。
- 同位素实验：当分子中的普通氢被重氢（氘）替代后，橙色发光消失。研究团队据此认为，颜色变化由质子转移引起，而非其他分子内过程。
面向“智能”药物与传感器的潜在方向
圣彼得堡大学物理有机化学系教授米哈伊尔·金扎洛夫表示，此类化合物未来可能用于开发对微环境敏感的治疗药物或诊疗一体化剂，例如设计仅在肿瘤细胞特定条件下触发发射颜色变化的分子，从而实现治疗作用的局部定位，并在细胞水平实时追踪分子状态。
研究团队强调，目前工作仍处于基础研究阶段，核心在于证明金属原子不仅不会抑制ESIPT，反而能够促进该过程。研究人员同时指出，除潜在治疗用途外，这类可开关发光分子也可能在医学诊断与新型电子材料开发中发挥作用。
