亚胺分子的结构中含有C=N双键,由于其制备简单且易于发生交换反应,在识别领域和动态组合化学中有着广泛的应用。亚胺分子可以作为很多离子和分子等检测的光学探针,往往具有选择性高、灵敏度高、检测限低等特点,且在细胞成像及逻辑开关等方面也有所应用。同时,亚胺键的交换条件温和可控,是动态化学中常用的一种动态键,在自分类、分子开关、动态网络以及自愈材料等方面都应用颇多。我们的工作是围绕亚胺分子的识别与动态交换性质展开的。首先,我们设计合成了含有“O-N-O”三齿配位位点的亚胺探针分子L,来连续地检测Al3+和PPi离子。水相中,探针分子对Al3+离子的荧光“turn-on”识别表现出很好的选择性,溶液呈绿色荧光,因为Al3+与L可以形成1:1的配合物L-Al3+,产生螯合荧光增强效应(CHEF)。进一步,该L-Al3+配合物可以作为水相PPi的荧光“turn-off”型探针,加入PPi后溶液的绿色荧光会消失,这是由于PPi和Al3+离子之间存在很强的相互作用,从而破坏了之前形成的L-Al3+配合物结构。此外,L分子还可以用于细胞中Al3+的成像。其次,利用不同的作用机理,我们将前面所用的探针分子L进一步开发为F￣和CN￣的双通道传感器,实现探针分子的―一对多‖识别。L分子对F￣的比色识别是由于F￣使其分子中的酚羟基发生了去质子化作用;而对CN￣离子的荧光识别是因为发生了CN￣催化的氧化环化反应,生成苯并噁唑(HBO)分子H。分子H在固态时呈现绿色荧光,因为其具有ESIPT和AIEE性质。有趣的是,在胶束的辅助下,可以实现水相CN￣的高选择性检测。因为胶束不仅提高了非水溶性L分子在水中的溶解度,还为CN￣催化的氧化环化反应的发生提供了疏水的环境,同时也为反应产物H的聚集提供了微环境。此外,借助Al3+与F￣的相互作用,可以实现双通道的光学信号转换。同时,我们还制备了吸附有探针分子的试纸,这为CN￣检测的实际应用提供了可靠和方便的方法。再次,我们合成了含有四苯乙烯结构的亚胺TPE-2Ben,发现其对挥发性一级胺有选择性荧光识别的作用。负载于试纸上的TPE-2Ben分子原本是没有荧光的。在一级胺存在下,这些胺会与探针分子中的C=N键发生交换反应,生成新的亚胺分子和四苯乙烯二胺(TPE-2NH2)分子。我们发现,TPE-2NH2分子是具有AIE效应的,结果就会表现为出现荧光。也就是说,TPE-2Ben固态时无荧光是相当于在结构中加入了“保护基团”,而胺的交换识别过程就是一个去掉“保护基团”的过程,会带来固态荧光的从无到有。利用这种方法,可以制备用于检测挥发性一级胺的便携式试纸。同时,也可以将这一方法应用到隐形墨水中,用TPE-2Ben写出的原本不可见的墨迹,在挥发胺处理后,便会在紫外灯下显现。然后,我们从对苯二胺(B)和3-吡啶醛(A)出发,在适当的溶剂中,利用C=N键的形成产生凝胶因子ABA,再利用金属镍离子与凝胶因子吡啶环上N原子的配位作用(Ni2+-N),得到了金属有机凝胶。这种“一锅法”制备凝胶的过程可以在室温下原位实现,不需要经过加热-冷却的传统制备过程。所得到的金属有机凝胶具有多重物理刺激(热和机械力)响应性。此外,金属有机凝胶还具有化学刺激响应性。当向凝胶体系中加入脂肪二胺时,凝胶会发生破坏,这是因为脂肪二胺的氨基与凝胶中的亚胺键发生了交换反应,生成了新的不能形成凝胶的亚胺分子。这种基于亚胺键形成的“一锅法”构筑凝胶的方法与基于交换反应实现的凝胶破坏过程,为其他刺激响应材料的开发提供了借鉴意义。最后,我们设计并构建了一种新的通过C=C/C=N双键间可逆动态交换形成凝胶的方法。实验中,研究了C=C/C=N交换反应热力学平衡的影响因素,包括链长、溶剂以及温度。将两种不能形成凝胶的组分(如K和I-16)在适当溶剂中混合后,体系会逐渐形成凝胶,这是交换反应的发生生成了凝胶因子的结果。同时,随着凝胶的形成,凝胶因子作为最优组分,其含量会被放大。这种选择性地放大作用表明,凝胶形成过程中的自组织作用是其组分选择的驱动力。总的来说,我们对亚胺化合物在分子光学探针及动态组合化学中的应用都做了研究。我们利用亚胺分子,实现了水相的离子检测和固态的气体检测,在选择性、灵敏度及应用等方面都很突出。这为今后小分子光学探针的开发设计提供了很好的借鉴作用。同时,基于亚胺键的动态交换性质,我们研究了凝胶材料形成与破坏中亚胺键的作用。我们还利用交换反应生成并放大了凝胶因子,这些都扩展了亚胺键在动态组合化学中的应用。