静电势（Electrostatic Potential, ESP）是描述分子或原子周围电场分布的物理量，它反映了分子中各区域电荷分布的特征。
静电势的计算基于分子中电荷（原子核和电子）的空间分布，通常通过理论计算（如量子化学方法）得到。
静电势图通过颜色或等值线直观地展示分子表面或某个平面上的电势分布，其中红色区域表示电势较低（电子密度较高，负电性区域），蓝色区域表示电势较高（电子密度较低，正电性区域）。
静电势在化学中广泛用于分析分子的极性、电荷分布、反应活性位点以及分子间的相互作用等。下面将从定义和应用等方面详细解读。
静电势（Electrostatic Potential, ESP）是描述空间任意点处单位正电荷与分子体系中所有核电荷及电子云之间静电相互作用的物理量，其数学定义为：
其中ZA为原子核电荷，RA为核坐标，ρ(r‘)为电子密度分布函数。
该公式明确体现了ESP的物理本质：核电荷贡献正电势（排斥正电荷），电子云贡献负电势（吸引正电荷）。
在量子化学中，ESP通过求解薛定谔方程获得电子密度后计算，是连接分子电子结构与化学反应性的核心描述符。其重要性在于直接反映分子静电环境：负值区域（如孤对电子、π键）易受亲电攻击，正值区域（如氢原子）易受亲核攻击。实验可测性：通过X射线衍射或电子密度拓扑分析可间接验证。非共价相互作用预测：主导氢键、卤键、π-堆积等弱相互作用的方向与强度。
有学者利用静电势研究了新配体HTTDN的化学活性位点。通过分析HTTDN的静电势图，发现其蓝区主要集中在硫和氧原子周围，且配体空腔内的负区主要集中在这些原子附近，表明这些位置具有较强的与金属离子配位的能力。
其中，O3原子附近的负极值点值为-40.92kcal·mol⁻¹，O4原子附近的负极值点值为-38.27kcal·mol⁻¹，说明O3对铀酰的配位亲和力大于O4，从而得出HTTDN中的硫和氧原子具有较强的与铀酰离子配位的能力。
文中对HTTDN的静电势图进行了分析，主要分析了其电负性区域的分布情况。静电势图中红、蓝区域分别代表相对正、负电性区域，黄球对应静电势最大点，蓝球对应最小点。
通过观察发现HTTDN的负区主要集中在硫和氧原子以及配体空腔处，且最小的两个极端点也出现在这里，尤其是O3和O4原子附近的负极值点，这反映了HTTDN中不同原子的电性特征及其在化学反应中的活性部位。
Natividad等人利用静电势研究了醛类化合物中羰基氧原子上的电荷密度，发现其对反应路径有显著影响。
研究表明，含电子供体或脂肪族基团的醛类化合物中，羰基氧原子上的电荷密度较高（范围为-0.57至-0.53），能更好地与催化剂 Er(OTf)₃ 协调，促进胺基团向羰基团的加成，从而有利于双缩合产物的形成。
而含电子受体基团的醛类化合物中，羰基氧原子上的电荷密度较低（范围为-0.52至-0.51），与催化剂的协调能力较弱，更倾向于形成单缩合产物。
DOI:10.3762%2Fbjoc.12.235
通过静电势图可以看到，醛类化合物羰基氧原子上的电荷密度差异，这反映了不同醛类化合物与催化剂Er(OTf)₃的协调能力，进而影响反应路径的选择。
Mojgan等人利用静电势研究了新型硅基光敏剂（1-3）的电荷分布特征，分析了其在真空和氯仿环境中的电荷分布情况。
研究表明，这些光敏剂具有较高的电子密度区域，主要集中在氧原子上，这些区域在静电势图上呈现红色，表明它们是化合物中最富电子的部分。通过静电势分析，作者得出化合物2、3和1的电子密度依次降低，这种电子分布特征使得化合物在治疗窗口处展现出较强的吸收峰。
静电势图显示，光敏剂分子中氧原子周围的区域具有最低的静电势能（红色区域），表明这些区域是分子中电子密度最高的部分。
此外，分子的其他部分显示出相对较高的静电势能（蓝色区域），表明这些区域的电子密度较低。通过静电势图的分析，作者能够直观地了解光敏剂分子的电荷分布特征，这对于解释光敏剂的光物理性质和光化学反应性具有重要意义。
静电势作为量子化学的核心描述符，其价值在于将抽象的电子密度转化为可视化的反应性地图。
随着GPU加速计算（如VMD-Multilevel Summation）与机器学习势函数的结合，ESP分析正向更大体系（如病毒颗粒）、更高精度（如考虑溶剂涨落）发展。
未来在催化位点设计、多组分晶体工程等领域，ESP将从“静态描述”升级为“动态相互作用导航仪”，推动功能分子系统的理性设计。
声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！
