手性分子在化学、药理学和环境科学中具有重要意义，尤其是手性杀虫剂。这类化合物因其高选择性、低毒性和优异的害虫控制效果而具有广泛的应用[1]。然而，由于空间构型的不同，手性杀虫剂的不同异构体在物理和化学性质、生物活性以及环境行为上存在显著差异，这影响了其应用效果和生态安全性[2,3]。例如，某些异构体可能在环境中更容易积累或具有更高的生物活性，从而对非目标物种构成风险[[4], [5], [6], [7]]。鉴于全球可持续农业的挑战，理解手性杀虫剂异构体的结构-性质-活性关系对于合理使用杀虫剂和降低风险至关重要[8,9]。
异环氯胺是一种新型异噁唑啉类杀虫剂，因其独特的作用机制而受到了学术界和工业界的广泛关注[[10], [11], [12]]。它含有两个手性中心，因此存在四种立体异构体：cis-(+)-(5R,4S) ISR、cis-(-)-(5S,4R) ISM、trans-(+)-(5R,4R) ISO和trans-(-)-(5S,4S) ISS（图1）。其中，ISM异构体（5S,4R)具有最高的杀虫活性。它的结构与其他异噁唑啉酮类杀虫剂（如氟氧唑酮）相似[13,14]。这些立体异构体在靶标受体亲和力、稳定性和降解行为上可能存在显著差异，这些差异源于微妙的立体化学变化。尽管实验数据表明异环氯胺具有预防和治疗效果，但对其四种立体异构体进行系统性的分子水平比较仍较为有限[15,16]，特别是对其电子结构、光谱性质和相互作用机制的详细分析不足。这些信息对于提高杀虫剂效率并降低环境风险具有重要意义。
尽管许多研究已经探讨了异环氯胺的结构-活性关系，但目前的研究方法仍存在一些局限性。首先，色谱分离技术可以分离异构体，但无法确定其绝对构型，也无法解释性质差异的电子基础[[17], [18], [19]]。其次，传统的半经验量子化学方法对于具有复杂手性的杀虫剂分子来说不够准确，难以可靠地描述其电子结构和反应性[20]。此外，紫外-可见吸收光谱和ECD光谱可以提供电子跃迁的信息，但通常只能反映异构体之间的宏观、信号级别的差异，无法揭示这些差异的微观原因[21,22]。更重要的是，这些方法通常独立使用，阻碍了立体异构体对的全面比较。因此，现有的方法无法满足高效、准确和协作研究的需求。需要一种结合计算机模拟和实际实验的新方法，以更深入地了解不同手性杀虫剂之间的差异，为精准设计杀虫剂和评估风险提供依据[23]。
为了填补这些空白，本研究结合了高精度的DFT、实验光谱学（ECD/UV）和分子对接技术，对异环氯胺的四种异构体（ISM、ISS、ISO、ISR）进行了研究。具体目标如下：首先使用B3LYP/6-311G(d,p)优化几何结构，然后通过MP2单点能量计算分析稳定性；其次通过ESP和HOMO-LUMO展示电子性质的差异，并将其与杀虫剂活性联系起来；第三通过ECD-UV实验和TDDFT计算建立光谱指纹；第四通过分子对接和NCI-IRI量化异构体与受体的相互作用差异。本研究揭示了选择性活性的分子机制，为控制杀虫剂质量、监测环境和评估生态风险提供了理论基础。
