苝系衍生物具有优异的光、热和化学稳定性,对从可见区到红外区的光有很强的吸收,是一类性能特异的分子电子学材料,在激光材料、荧光探针分子、液晶显示材料、电致发光器件、场效应晶体管及太阳能电池等方面有着广泛的应用,对它们的发光性质及其他光物理性质的研究一直以来都是异常活跃的课题。本文设计并合成了一系列新颖的基于苝的荧光探针,并对其光物理性质和磁性质作了研究。论文主要包括以下内容:第一章:概述了苝系衍生物的合成、性质及应用研究;自由基的产生、危害及检测方法;分子荧光探针的合成与检测机理;Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)的分子荧光探针的发展研究;将高荧光量子产率的3,4:9,10-苝四羧酸二酐设计并修饰成带稳定氮氧自由基的新颖的荧光开关。第二章:我们设计并合成了一系列新颖的基于苝的含氮氧自由基的荧光探针,研究了苝二酰亚胺在连接氮氧自由基前后的紫外-可见吸收、荧光和ESR的变化,对其与不同金属离子之间的作用比较和分析。研究表明,高荧光量子效率的苝二酰亚胺衍生物可以通过光诱导电子转移效应被共价联接的氮氧自由基有效淬灭,可以在具有电子受体作用的金属离子、活性氢或羟自由基存在下破坏氮氧自由基而使荧光团的荧光恢复。第三章:设计合成了两种连有吡嗪腙基团的苝二酰亚胺的衍生物,都具有高的荧光量子产率,可以和多种金属离子发生配位作用并导致荧光淬灭。对其与不同金属离子之间的作用的紫外-可见吸收和荧光光谱进行比较和分析。其中二吡嗪腙苝二酰亚胺是对二价铜离子具有良好的识别作用的荧光探针并对其作用机理进行了探讨。第四章:我们设计合成了几种含有8-羟基喹啉,苯并冠醚希夫碱等不同官能团的苝二酰亚胺衍生物,并研究了二喹啉苝二酰亚胺与金属离子作用的紫外-可见系数和荧光光谱的变化,多种金属离子与二喹啉苝二酰亚胺作用显著,其中以二价铜离子的反应最明显。研究发现多种金属离子可以使其荧光有不同程度的淬灭,其中二价铜离子的淬灭效率最高。