响应刺激的荧光材料是一类“智能”材料，它们能够通过在外部刺激（如光、热、力和pH值）作用下分子结构或电子状态的可逆变化来调节其荧光性质（发射波长、强度和量子产率）[[1], [2], [3], [4], [5]]。由于这些材料具有易于设计合成、性能可调、响应迅速和良好的可逆性，它们在光存储[[6], [7], [8]]、分子开关[[9], [10], [11]]、化学传感[[12], [13], [14]]以及智能防伪[[15], [16], [17]]等领域展示了广泛的应用前景。作为外部刺激，光可以实现非接触操作，并通过调节波长、强度和照射时间等参数进行精确控制，从而避免了引入化学试剂或机械应力造成的系统干扰。因此，对光响应荧光材料的研究引起了研究人员的极大兴趣。
在各种光响应化合物中，螺吡喃（SP）及其衍生物被广泛研究作为典型的光致变色系统[[18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26]]。在紫外光照射下，它们会发生C-O键断裂形成开环的罗丹宁（MC）异构体，同时吸收光谱也会发生变化；相反，可见光照射则使其恢复到闭环形式。因此，螺吡喃可以在光刺激下在闭环和开环状态之间可逆地异构化。然而，这一过程涉及复杂的激发态动力学，反应路径和速率高度依赖于取代基类型和溶剂环境。Roohi等人[27]使用TD-CAM-B3LYP方法系统研究了苯并噻唑螺吡喃（BTSP-X1-3，其中X = NO2, OMe, NH2）的光诱导开环机制。他们的研究发现，C-O键断裂是决定反应速率的关键步骤。吸电子的NO2取代基显著降低了反应能量障碍，而极性溶剂环境进一步促进了键的解离。本研究阐明了取代基电子性质与溶剂极性之间的协同作用对激发态反应路径的调控效应。另一方面，光诱导开环反应的激发态动力学机制表现出相当的复杂性。Liu和Morokuma[28]采用多参考CASPT2//CASSCF方法揭示了螺吡喃开环过程中的竞争性多路径机制。除了C-O键断裂产生顺式（CCC）和反式（TCC）中间体外，C-N键断裂引发的非绝热转变也有效地促进了S1→S0的内部转化，导致高量子产率的内部能量耗散。这一发现表明，取代基的立体阻碍和电子效应可能会调节激发态势能表面的拓扑结构，从而影响反应途径的选择性。
然而，关于具有生物相容性和功能化潜力的羧基取代螺吡喃的研究仍然较少。引入羧基不仅可以通过其强极性和氢键相互作用改变分子内的电荷分布，还可以赋予材料额外的响应特性。需要进一步探索的关键科学问题包括：羧基的强极性和质子化/去质子化特性是否会影响反应路径；以及取代基或溶剂效应是否可以调节势能表面。基于此，本研究采用了一种具有反应性的羧基取代螺吡喃衍生物（SP）作为模型化合物，其光开关过程如图1所示。密度泛函理论（DFT）和时依赖密度泛函理论（TD-DFT）方法被用来研究其光诱导开环反应的机制。通过理论计算，旨在阐明取代基和溶剂对其光物理性质和开环机制的影响。这项研究不仅有望丰富基于螺吡喃的化合物的光化学理论框架，还为设计新型响应刺激的光敏材料提供理论指导。
