研究人员通过Knoevenagel缩合反应，将6-羟基-4,7-二甲氧基苯并呋喃-5-基乙酮（化合物2）与多种芳香醛反应，合成了一系列新型呋喃色烯衍生物，即(2E)-1-(6-羟基-4,7-二甲氧基-1-苯并呋喃-5-基)-3-芳基丙-2-烯-1-酮（4a–c）。分子结构通过紫外-可见光谱（UV–vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、质谱（MS）及核磁共振（NMR）技术确证。研究人员在298 K下于多种溶剂中系统研究了化合物的光物理特性，发现其表现出显著的溶剂致变色行为与荧光发射性能，提示其可作为生物成像荧光探针的潜力。此外，研究人员采用密度泛函理论（DFT）/B3LYP方法进行量子化学计算，确定了基态与激发态的最高占据分子轨道（HOMO）-最低未占据分子轨道（LUMO）能级及偶极矩。为评估生物学相关性，研究人员通过实时细胞阻抗监测技术，检测了合成化合物对人肺癌A549细胞、人肝癌HepG2细胞及人结肠癌HCT-116细胞的抗增殖活性。在测试分子中，化合物4c表现出最强的细胞毒效应，对A549和HepG2细胞完全抑制细胞活力，对A549细胞的半数抑制浓度（IC50）为4.6 µM。这些发现凸显了呋喃色烯衍生物兼具光物理工具与潜在抗癌候选药物的双重价值。
本研究针对当前癌症治疗面临的化疗药物毒性高、特异性不足及耐药性问题，聚焦于呋喃色烯类杂环化合物——该类天然产物已被证实具有广泛的生物活性，包括抗病毒、抗菌及潜在的抗癌作用，尤其在表皮生长因子受体（EGFR）和血管内皮生长因子受体（VEGFR）抑制方面显示出应用前景。然而，现有呋喃色烯衍生物的荧光性能与抗癌活性的构效关系尚未明确，限制了其作为诊疗一体化分子的开发。为此，研究人员设计合成了一系列新型呋喃色烯衍生物，旨在通过结构修饰优化其光物理性质与生物活性，探索其作为荧光探针与抗癌候选药物的双重潜力。研究最终证实，氯取代衍生物4c表现出优异的抗癌活性，同时系列化合物均具备良好的荧光特性，为开发兼具成像与治疗功能的新型杂环分子提供了实验依据。该研究成果发表于《ChemistryOpen》。
研究人员采用的关键技术方法包括：通过Knoevenagel缩合反应构建目标分子骨架；利用紫外-可见光谱（UV–vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、质谱（MS）及核磁共振（NMR）完成结构表征；采用UV–vis与荧光光谱分析在不同极性溶剂中的光物理行为；运用密度泛函理论（DFT）/B3LYP计算前线分子轨道能级与基态/激发态偶极矩；通过实时细胞阻抗监测技术评估化合物对A549（肺癌）、HepG2（肝癌）、HCT-116（结肠癌）三种人源肿瘤细胞系的增殖抑制作用，并以棉酚为阳性对照。
研究结果如下：
3.1 紫外-可见吸收分析
研究人员记录了10−5M浓度下化合物4a–c在七种溶剂中的电子吸收光谱，发现斯托克斯位移范围为3234至12898 cm−1，表明存在显著的激发态重组与分子内电荷转移（ICT）特征。所有化合物均呈现两个主要吸收区：320–360 nm处的强吸收带归属于苯并呋喃-查尔酮共轭体系的π→π跃迁，摩尔消光系数（ε）达1.0×104至1.18×105M−1cm−1；300–350 nm处的弱吸收带由羰基孤对电子的n→π跃迁贡献，与强π→π*带重叠形成宽峰。DFT计算显示，HOMO主要分布于共轭苯并呋喃-查尔酮体系，LUMO则延伸至烯酮桥及部分芳基取代基，进一步证实了吸收带的ICT特征。
3.2 荧光发射分析
研究人员在室温下测试了化合物4a–c的稳态荧光光谱，发现发射峰形与位置不随激发波长变化，表明溶液中仅存在单一发光物种。化合物4a在乙腈与氯仿中的发射峰分别为408 nm与409 nm，4b在二氯甲烷、环己烷与氯仿中的发射峰分别为407 nm、323 nm与409 nm。与典型ICT分子不同，三类衍生物未表现出从极性到非极性溶剂的显著红移，归因于呋喃色烯骨架的结构刚性限制了基态与激发态的几何弛豫，降低了溶剂对激发态的稳定化作用。荧光量子产率（Φf）测定显示，4b在环己烷中量子产率最高（0.490），而在极性溶剂中普遍较低。
3.3 激发态偶极矩的溶剂致变色法测定
研究人员基于Kawski-Chamma-Viallet方程，通过溶剂极性函数f(ε,n)与Φ(ε,n)拟合吸收与发射光谱的斯托克斯位移，计算了基态（μg）与激发态（μe）偶极矩。结果显示，4a的μg=1.164 D，μe=6.629 D；4b的μg=5.26 D，μe=10.249 D；4c的μg=4.209 D，μe=9.434 D。所有化合物的μe均显著高于μg，且Δμ约为5 D，表明激发态存在中等程度的电荷分离，但骨架刚性限制了电子重分布的幅度，与实验中观察到的弱溶剂致变色效应一致。DFT计算的前线分子轨道能级显示，HOMO主要定域于苯并呋喃母核，LUMPO则覆盖整个分子骨架，HOMO-LUMO能隙（ΔE）依次为4a（3.463 eV）>4b（3.364 eV）>4c（3.261 eV）。氯取代的4c能隙最小，LUMO能级最低（-2.310 eV），表明其电子接受能力最强，分子软度与化学反应性最高，这与其最强的抗癌活性直接相关。
3.4 合成呋喃色烯衍生物对人肿瘤细胞系的抗增殖活性
研究人员采用实时细胞阻抗监测技术，检测了化合物2、4a与4c对三种肿瘤细胞的24小时增殖抑制效应。结果显示，化合物4c活性最强，在100 µM浓度下完全抑制A549与HepG2细胞活力，对HCT-116细胞的抑制率达98.55%。IC50值分析表明，4c对A549细胞的IC50仅为4.605±0.485 µM，显著优于化合物2（27.77±0.725 µM）与4a（11.06±0.27 µM）。对HCT-116细胞，4c的IC50为7.105±0.835 µM，同样表现出最优活性。化合物2与4a对三种细胞也显示出显著抑制效果，但整体弱于4c。
讨论部分指出，呋喃色烯的刚性共轭结构是其与生物靶点相互作用的基础，而取代基的电子效应决定了活性差异。氯原子的吸电子诱导效应增强了分子的电子接受能力，使其更易与生物大分子中的亲核残基结合；同时，氯取代提高了分子脂溶性，促进了细胞膜穿透与胞内积累。研究还提示，卤代衍生物可能通过诱导活性氧（ROS）产生发挥细胞毒作用，但具体机制需进一步验证。研究人员强调，4c的优异活性与其最小的HOMO-LUMO能隙和高激发态偶极矩密切相关，电子结构的优化增强了其与细胞内靶点的相互作用能力。
结论部分总结：合成的呋喃色烯衍生物兼具良好的荧光性能与抗癌活性，其中化合物4c对肺癌与肝癌细胞表现出纳摩尔级别的抑制活性，是极具潜力的诊疗一体化先导化合物。研究为呋喃色烯类分子的结构优化与应用开发提供了重要的实验依据，未来需进一步阐明其作用机制并推进体内药效评价。
