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光致变色现象(Photochromism)指一个化合物(A)受一定波长光的照射,进行特定化学反应生成产物(B),其吸收光谱发生明显的变化；在另一波长的光照射下或热的作用下,又恢复到原来的形式,具有这种性质的材料称为光致变色材料。在紫外／可见光或热的调控下,光致变色反应前后两种异构体对应的“ON”和"OFF"态可以代表二进制数字代码“0”和“1”,因此这类材料在光信息存储、分子开关、多彩色显示器以及光驱动分子机器等光学器件领域具有广阔的应用前景。为了满足上述应用领域要求以及开发新的用途,提出了基于萘酰亚胺荧光团的新型光致变色化合物的研究。论文分为两大部分,热稳定性的二噻吩乙烯以及热不稳定的萘并吡喃光致变色化合物的合成及性质研究,其主要内容如下：第一章综述了有机光致变色化合物的最新研究进展。重点介绍了二噻吩乙烯化合物结构上的修饰以及其潜在的应用前景；系统地评述了萘并吡喃化合物的种类、合成、光致变色机理以及应用情况。最后提出了课题。第二章设计并合成了含有二茂铁单元(Fc)和萘酰亚胺荧光团(NA)的二噻吩乙烯化合物BTE-NAFc。由于从二茂铁单元到萘酰亚胺荧光团存在着光诱导电子转移(PET)作用,BTE-NAFc的荧光完全淬灭。由于二茂铁单元独特的氧化还原性质,BTE-NAFc的荧光可以通过Fe(C104)3作为氧化剂以及L-抗坏血酸钠(LAS)作为还原剂的化学氧化还原方法进行调控；也可以使用0.8V氧化电压以及-0.6V还原电压的电化学氧化还原方法进行调控,从而成功地实现了荧光分子开关。进一步研究闭环体的氧化还原性质发现,无论是化学氧化还是电化学氧化还原过程,都能诱导相应的闭环体发生开环反应。研究表明,二茂铁基团引入到光致变色体系中,使得BTE-NAFc具有如下特殊的性质：PET开关,二茂铁以及噻吩单元的分步氧化过程,氧化还原以及光致变色的荧光调控,关环量子产率和光稳态转化率的降低。此外,加入Fe(C104)3氧化后得到的氧化态BTE+-NAFc+不具备光致变色性能,紫外光照下不能转化成相应的闭环体,显示出特殊的光致变色“门控”效应。BTE-NAFc的多重表达态(BTE-NAFc、BTE-NAFc+、 c-BTE-NAFc、c-BTE-NAFc+、BTE+-NAFc+)转化以及光致变色“门控”效应可以通过光照和化学／电化学方法在单一光致变色分子中建立,为进一步在单分子层面上研究光致变色分子在感知、标记以及数据运作等方面的应用又迈进了一步。第三章有机光致变色材料在光电器件等实际应用中必须以固态或准固态形式存在,聚合物由于具有较好的成膜性能而受到人们的广泛关注。基于萘酰亚胺荧光单元,通过自由基聚合方法合成了温度敏感性光致变色聚合物poly(NIPMAM-co-BTE),应用凝胶色谱技术(GPC)测定了数均分子量Mn、重均分子量Mw以及分散指数等。研究了单体和聚合物在溶液以及薄膜中的光致变色以及荧光性能,聚合物在溶液以及薄膜中均具有良好的光致变色活性。第四章设计合成了基于萘酐和萘二甲酰亚胺为中心烯桥的二噻吩乙烯光致变色化合物BTE-O和BTE-NH。初步研究了BTE-O和BTE-NH的光致变色以及荧光性能,并通过光照核磁滴定实验跟踪开环体与闭环体中各种质子的化学位移变化情况。研究表明,由于分子内电荷转移(ICT)作用,BTE-O和BTE-NH均具有典型的溶剂致效应,从非极性的环己烷到极性的乙腈溶液中,BTE-O的荧光发射波长红移了约153nm；由于亚氨基的引入减弱了酰亚胺单元的吸电子能力,BTE-NH的ICT效应相对BTE-O较弱,荧光发射波长红移137nm。第五章萘并吡喃是一类重要的光致变色化合物,由于具有较快的光响应性和褪色速率,优良的抗疲劳性,近年来引起了广泛的关注,因此设计合成了基于萘酰亚胺单元的萘并吡喃化合物Nip1和Nip2以及参比化合物NP。由于萘酰亚胺酰亚胺单元N取代基的不同,苯基取代的化合物Nip2的热衰减褪色速率约为正丁基取代的化合物Nipl的两倍,表明萘并吡喃的光致变色性质可以通过在酰亚胺单元上引入不同的取代基进行调控。强吸电子作用的酰亚胺单元的引入使得Nip1和Nip2具有如下性质：ⅰ)吸收红移至基本覆盖整个可见光区域；ⅱ)有利于提高提高开环体中TC异构体的比例以及加快TT异构体向TC异构体转化的速率；ⅲ)具有相对优越的褪色速率以及热可逆衰减彻底的性质。Nip1和Nip2光稳态时的吸光度还与光源强度指数相关,此外由于萘酰亚胺荧光团的作用,Nip1和Nip2在光致变色过程中还具有荧光分子开关的性质。第六章在上一章萘并吡喃光致变色性能研究基础上,创新性地将苯并噻二唑基团引入到萘并吡喃光致变色体系中,设计合成了甲氧基取代数目不同的化合物BTD1、BTD2和BTD3,其中甲氧基数目依次为2、1和0。研究表明,随着甲氧基数目的依次递增,光照后开环体最大吸收波长依次红移,呈色体褪色速率依次增大,表现出明显的取代基效应。此外BTD系列化合物光稳态时的吸光度也表现出与光源强度相关的性质。第七章其它工作：设计合成了以醌并双噻吩为中心烯桥的二噻吩乙烯化合物TBDD,初步测试表明其不具备光致变色性能：拟设计合成一些基于萘酰亚胺的二噻吩乙烯以及基于苯并噻二唑的萘并吡喃等光致变色化合物第八章结论。对以上各章节研究内容进行了简单的归纳总结。