光致变色现象(Photochromism)指一个化合物(A)受一定波长光的照射，进行特定的化学反应生成产物(B)；在另一波长的光照射下，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(Photochromic materials)。 该类化合物在发生光致异构化反应过程中，不仅吸收光谱发生会显著变化，而且其它光化学及光物理性能也发生改变，如光折指数、电折常数、荧光、氧化—还原电位和几何结构等。其中，荧光具备易于操作、器件制备成本低、响应快等优点得到了广泛的研究和应用，是最有希望应用在光信息储存和分子开关方面。目前，对光致变色体系的研究主要集中在二芳基乙烯、俘精酸酐、螺吡喃、螺噁嗪和偶氮苯等类化合物上，同时也在继续探索和发现新的光致变色体系，其中光致变色二芳基乙烯由于具有优异的热稳定性和耐疲劳性，近年来其得到了广泛的研究。 二芳基乙烯的中心烯桥主要由全氟环戊烯、环戊烯、二氢噻吩、马来酰亚胺和马来酸酐等组成，如全氟环戊烯的光致变色性能最为优越，然而其起始材料全氟环戊烯成本很高，且沸点低，在合成中难以控制，限制了其大规模的工业应用；马来酸酐和马来酰亚胺则对酸比较敏感。而且具有传统烯桥的光致变色二噻吩乙烯材料，本身一般没有或者有很弱的荧光。改善和提高其荧光强度，进而实现荧光调控和开关，一般的方法是通过在母体化合物上连接荧光团，利用光致变色有色体的吸收通过能量转移(ET)或荧光共振能量转移(FRET)来淬灭荧光。然而这种方式一般需要较长的合成步骤，设计与合成要求都较高。因此到目前为止，设计合成具有低成本且有效荧光调控的二噻吩乙烯，仍然是一个很有挑战性的课题。 为实现有效地荧光调控，在第二章中，首先创新性地将荧光团萘酰亚胺引入二噻吩乙烯的烯桥，使其成为光致变色二噻吩乙烯骨架的一部分，第一次将具有六元苯环的荧光团引入了二噻吩乙烯的烯桥，设计了两个目标化合物BTE-NA1和BTE-NA2。其都具有良好的光致变色性质、高的量子效率、较高的耐疲劳性和热稳定性能，其中BTE-NA1的闭环体(c—BTE-NA1)溶液在暗处室温下开环速率为7.9×10-6s-1。同时，BTE-NA1和BTE-NA2的荧光能成功地实现通过光致变色和溶剂致变色反应进行调控，当达到光稳态时，其荧光效率下降了75％；在非极性的环己烷中，BTE-NA1的最大荧光波长在420nm，在极性更大的乙腈中，其荧光波长为550nm，波长红移了约130nm。在此基础上，以极性溶剂和紫外光作为输入，荧光作为输出，设计了一个NOR和INHIBIT的复合逻辑门。以萘酰亚胺为烯桥的引入，BTE-NA1和BTE-NA2显示了在合成上具有良好的可调性和广阔的发展空间，为新型二噻吩乙烯的设计提供了一种全新的方法。 然而以萘酰亚胺为烯桥的二噻吩乙烯，其热稳定性仍然不是很尽如人意，室温下在暗处其有色体仍然能缓慢地发生闭环反应，这限制了其更广泛的应用。 第三章将另一种荧光团2，1，3-苯并噻二唑引入到了二噻吩乙烯的烯桥中，创新性地设计了两个具有不同取代基位置的二噻吩乙烯化合物BTB-1和BTB-2。其中4，5位取代的二噻吩乙烯BTB-1具有良好的光致变色性能，其量子效率和耐疲劳性较高，其溶液经过多个光致变色循环没有发生明显的降解，而且在室温下其环己烷溶液呈很好的热稳定性，不会自动发生开环反应，其荧光可由光致变色和溶剂致变色进行很好地调控；然而5，6位取代的二噻吩乙烯BTB-2不具备光致变色性能。采用Woodward—Hoffman规则和理论计算两个角度分析了BTB-1和BTB-2光致变色性能的差异。研究表明，具有吸电子基团的芳香苯环作为二噻吩乙烯的烯桥具有很好的发展前景，为设计合成新型二噻吩乙烯化合物提供了一种全新的思路。 光致变色材料一个诱人的应用前景就是作为信息存储材料，然而目前破坏性读出一直是困扰其进一步应用的问题，即实际读取信息时往往引起信息记录点的破坏。现在研究热点之一是利用荧光变化实现非破坏性读出。由于利用材料本身荧光变化和使用ET和FRET等机理来调节荧光变化的光致变色荧光材料，在读出时数据时会引起其发生反向的光致变色反应，因此其在非破坏性读出光信息存储方面的应用受到了限制。而在光化学现象中，引起荧光淬灭的机理还可通过光诱导电子转移(PET)机理来实现。由于PET过程中只涉及电子转移反应，不会引起光致变色反应，这样通过PET过程中实现荧光开关，可以有效地避开能量转移机理引起的光致变色反应，从而实现非破坏性读出。 在本文第四章中，我们尝试将萘酰亚胺荧光团引入螺吡喃和螺噁嗪中，试图利用光致变色的开关环来切断PET过程，从而使荧光团的荧光恢复。然而所合成的四个化合物SPNA1、SPNA2、SPNA3和SPNA4并未能实现预期的目标，进一步分析了未成功的原因，为下一步的设计和合成做铺垫。 另外，我们总结了一些以喹喔啉为烯桥的二噻吩乙烯、含氟离子识别单元螺吡喃和其它没有成功或没有预期性质的工作及设计思路。