咪唑是一种含氮五元杂环,分子中同时具有推拉电子的双极性结构,使得咪唑衍生物具有更易调控的光物理和电学性质,在OLED、有机光伏、发光电化学池、光学传感器、电子传递介质、记忆器件等方面应用更加的灵活。苯撑乙烯衍生物则是一种很好的π电子共轭骨架,双键碳原子的sp²杂化结构和苯环上的π电子使其具有容易离域化的电子结构,可以作为分子载体链接上多种功能性基团制备功能性分子,在有机电致发光器件、有机太阳能电池、场效应晶体管等方面应用十分广泛。基于咪唑及苯撑乙烯类衍生物简单的结构及优异的性能,本论文以咪唑小分子为基础单元,通过在咪唑环各位点进行修饰,引入具有不同大小及电子特性的基团,设计、合成一系列不同结构类型的新型咪唑分子衍生物,研究该类咪唑小分子荧光探针对不同半径离子的选择性传感,并探究不同取代基团等对咪唑衍生物发光性能的影响,同时对新发现的咪唑类金属配合物的光氧化反应进行深入细致的研究;以氰基苯撑乙烯结构为基本单元,设计合成具有D-A型结构的苯撑乙烯类衍生物,研究光辐照条件下顺反异构体的激发态性质及顺反异构化反应,揭示其在光辐照下稳定存在的机理。具体内容如下:1.本文第二章中,以咪唑结构为基础单元,设计合成了一种与三联吡啶探针结构类似的咪唑类衍生物荧光探针5,研究五元咪唑环的引入对探针分子的金属离子选择性传感的影响。与常见的三联吡啶荧光探针相比,探针5两侧是比吡啶环更小的五元咪唑环,在加入金属离子后,实验发现咪唑探针5可以与离子半径相对较大的金属离子如Ag⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺产生响应,荧光强度因离子不同会增强或淬灭,离子半径相对较小的Fe³⁺、Mn²⁺、Ni²⁺则没有响应,荧光不变,而三联吡啶荧光探针6则可以与上述所有离子产生响应。分析原因是咪唑环的引入增大了探针5分子的环间距离,对金属配位能力要求变高,半径较小的金属离子无法与咪唑探针5进行配位,而半径相对较大的金属离子则可以发生配合反应,使探针5对不同半径的金属离子有一定的选择性传感。其中,探针5可以与Zn²⁺形成1:1型的配合物,对Zn²⁺的识别效果非常好,发射峰产生明显红移达55nm,且强度有所增强,并在较宽的pH值范围（4⁹）内都具稳定的检测能力,最低检出限经测试为1.11×10^-77 mol/L。因此,引入五元咪唑环实现了咪唑探针对不同半径的金属离子的选择性传感,是一类比较好的荧光探针。2.第三章中,通过在咪唑环的各个位点引入不同的给受体基团,设计合成了多种具有对称结构的咪唑类衍生物发光分子,研究不同取代基以及共轭程度等因素对该类分子发光性能的影响,进一步在高发光效率的咪唑类分子中引入重金属原子Pt,得到磷光发射的咪唑类金属配合物,并同时对其发光性质进行研究。研究发现,扭曲较大的咪唑衍生物（如2CH3IM）的发光效率相对较低（50%左右）,而其余具有对称结构、平面性好的咪唑类衍生物发光效率较高（90%左右）,其中对称的苯基咪唑和菲并咪唑衍生物P2IM和P2PI的发光效率最高,接近100%,原因是该类材料具有大的共轭平面,可以有效提高材料的发光效率;固体状态下,该类咪唑类衍生物的发光效率有所降低,发光淬灭比较明显,原因是发生了聚集诱导淬灭;而引入了重金属原子Pt后得到的咪唑类金属配合物PtP2IM具有长寿命的磷光发射,经测试发现磷光寿命在12μs左右,薄膜状态下发光效率达到了20%,有意思的是,与其配体分子的发光性质不同,该金属配合物分子PtP2IM具有明显的聚集诱导发光（AIE）性质,原因是聚集状态下,分子内旋转受限。因此,通过不同给受体基团的引入,得到了具有高发光效率的咪唑类衍生物小分子以及具有AIE性质的咪唑类金属配合物,具有很好的应用前景。3.在第四章中,实验发现咪唑类金属配合物PtP2IM在光照下可以发生一种新的光氧化反应,通过核磁、紫外、密度泛函理论（DFT）计算等手段详细研究了该反应,并提出了该反应的发生过程、发生条件以及一种可能的反应机理。研究发现,反应只需要在空气中简单进行光辐射就可以发生,不需要添加催化剂,而且生成的产物单一,通过核磁、单晶衍射等手段表征了反应产物的基本结构,结果显示,金属配合物PtP2IM一侧咪唑五元环中的C=C双键与氧气发生了开环反应生成具有苯并酰亚胺-苯并酰胺结构的配合物PtPIMO;同时实验数据表明,在不同给受电子取代基（如羟基、溴）以及酸碱环境影响下,反应速率有着明显的改变,给电子基团或者酸性环境使得反应速率明显加快,而吸电子基团的取代或者碱性环境下,反应则很难发生,原位核磁、二维核磁数据显示在反应过程中有新的中间产物生成以及质子氢的脱落,说明反应过程中发生了结构的重排;而在单线态氧捕获剂三亚乙基二胺存在的情况下,反应被抑制无法发生,说明反应过程中有单线态氧的生成,是反应发生必不可少的条件之一,进一步测试得到金属配合物PtP2IM在二氯甲烷溶液中单线态氧产率为0.21,而聚集状态下单线态氧产率有着明显提高。因此,该反应属于金属配合物光激发下的自敏化反应,反应机理可能包括单线态氧生成的能量转移过程以及开环前的结构重排过程,实验数据表明配合物PtP2IM有作为光敏剂应用的可能性。4.第五章中,以苯撑乙烯类衍生物为结构基础,设计合成了具有D-A结构的苯撑乙烯类衍生物TPNCF,具有稳定的E/Z两种构型,通过原位核磁、原位紫外、理论计算等方法详细研究了光辐照条件下顺反异构体的激发态性质及顺反异构化反应,揭示其在光辐照下稳定存在的机理。实验发现,在光照条件下TPNCF分子在高极性溶剂中可以保持很好的稳定,而在低极性溶剂中则会快速发生异构化,说明溶剂极性对异构体的稳定性有着较大的影响;进一步的溶剂化实验及理论计算结果表明,低极性溶剂中TPNCF分子具有明显的HLCT发射的特征,而在高极性溶剂中则以CT态为主,说明激发态性质是决定其稳定存在的根本原因。因此,通过研究得出了光辐射激发态下苯撑乙烯类衍生物TPNCF具有稳定E/Z构型的机理:在低极性溶剂中TPNCF分子中最低激发态具有HLCT发射的特征,局域激发态的存在会促使TPNCF分子单键离子态的生成从而发生异构化,而在高极性溶剂中,TPNCF分子中占据最低激发态的能级发生改变,原最低激发态HLCT杂化态中的LE态及CT态发生分离,由于溶剂的影响,CT态能量下降发生明显改变,占据了最低激发态,因此,高极性溶剂中可以保持很好的稳定性。该理论将对光化学基础E/Z异构化反应研究有重要贡献并可以指导设计稳定的E/Z异构体材料用于有机光电子应用。