芳香酰亚胺衍生物因具有较强的缺电子性、结构可设计性以及丰富的光电性能备受关注。其中,苝二酰亚胺作为一类典型的芳香酰亚胺化合物,以其高荧光量子产率、良好的光热稳定性、丰富可调的光电性能等优点被广泛应用于包括有机电子学、荧光传感器、生物探针在内的诸多领域。从其结构出发,苝二酰亚胺两端强吸电子酰亚胺基团以及中间的芳香不饱和结构的存在,使其具有较强的缺电子性,因而极易得到电子,形成自由基负离子和二价负离子,这两类活性物种统称为还原性物种。这些还原性物种由于独特的电子结构、较高的反应活性以及近红外吸收成为光催化、活性氧清除和光热转换材料创制等领域的重要材料。苝二酰亚胺、苝二酰亚胺自由基负离子和二价负离子三者的分子结构极为相似,但电子结构相差较大,由此导致这三类物种之间在性质上的较大差异。因此,在同一个体系中,三类物种的相对含量将会直接影响到整个体系的性质,使得调节以花二酰亚胺为核心结构的自由基负离子以及二价负离子的相对浓度在实际应用中具有重要意义。超分子化学的蓬勃发展为构筑刺激响应性材料提供了新的途径。其中,基于大环化合物的主客体化学因其空腔络合作用在超分子化学中扮演着重要的角色。常见的大环化合物有冠醚、环糊精和葫芦脲等,它们因具有较大的空腔体积而被广泛应用于药物输送、催化和光学器件等领域。而杯吡咯作为一类新的大环化合物,因构象丰富、结构简单、易于修饰以及可以靶向识别多组离子对等优势备受亲睐。我们将杯吡咯大环化合物引入到芳香酰亚胺研究体系中,以探究构筑超分子复合物这一策略,是否可以作为一种通用的手段来调控芳香酰亚胺衍生物还原物种的形成。基于此,本论文以双杯[4]吡咯衍生物为主体分子,末端羧基修饰的苝/萘二酰亚胺衍生物为客体分子,构筑超分子体系。不仅研究了主客体作用调控下的苝二酰亚胺活性物种的形成过程,而且还证明了活性物种的形成与其聚集状态密切相关。此外,将杯吡咯引入难溶的萘二酰亚胺衍生物体系中,利用超分子作用构筑组装体,促使NDI解聚集,从而使萘二酰亚胺荧光被点亮。具体来讲,本论文研究工作主要包括以下两个部分:首先,设计合成了末端双羧基修饰的苝二酰亚胺衍生物(PDA)和双杯[4]吡咯衍生物(D-CP),利用去质子的PDA与D-CP之间的主客体作用构筑超分子复合物,以调控PDA活性物种的形成。结果证明,在体系中形成超分子复合物可以有效调节PDA活性物种的形成效率。推测是复合物中体积较大的杯吡咯的存在有效抑制了核心结构PDA的堆积,由此证明,PDA活性物种的形成过程与其聚集程度密切相关。为了进一步验证这一结论,在PDA湾位引入体积较大的原子(Br、C1),合成一系列PBI衍生物,通过对化合物紫外可见吸收光谱、电子顺磁共振光谱的考察,进一步论证PBI活性物种的形成与其聚集状态密切相关。在实验中首次发现,在碱缺失条件下,一些PBI衍生物在DMF溶液中仍然可以以稳定的自由基负离子形式存在。该发现对于深入理解芳香酰亚胺衍生物还原物种的形成机理和拓宽其应用范围具有重要的意义。其次,设计合成了末端双羧基修饰的萘二酰亚胺衍生物(NDA),在碱的调控下,利用杯吡咯衍生物(D-CP)与之构筑超分子组装体。核磁滴定实验和红外测试均表明,体系中确实形成了 NDA/D-CP/DBU组装体,且发现组装体在乙醇和四氢呋喃两种溶剂中可以分别聚集成短棒状和纤维状的结构。进一步的工作发现该薄膜对苯胺气体有明显地响应,为传感应用奠定了基础。该研究结果对以萘二酰亚胺为传感单元的传感薄膜的制备开辟了新的途径。