N,N’-二甲基-4,4’-联吡啶阳离子盐,即常见除草剂“百草枯”的主要成分,是最早被人类所熟知和研究的紫精化合物(N,N’-二取代-4,4’-联吡啶阳离子盐),因还原态呈紫色被命名为紫精(Viologen)。拥有独特的缺电子结构和两种还原态形式,在不同的外界条件如加热、光照和电压等刺激下发生可逆氧化还原反应,伴随颜色变化。因此,紫精化合物不仅在电致、光致、压致变色等变色功能材料研究中备受瞩目,在超分子组装、有机电池等方面也逐渐展现出不可小觑的发展潜力。然而,紫精化合物阳离子自由基稳定性依旧是实际应用研究中值得注意的问题之一。另外在目前的研究报道中,对于紫精化合物本身性质特别是发光性能的研究还相对较少,且均集中于利用其结构特性制备的包含有紫精化合物的金属有机配合物、超分子等。因此,基于紫精化合物N取代基的可调控性,我们设计合成了以N,N’-二取代-4,4’-联吡啶为载体,α-氯代对卤素苯乙酮为取代基的三组六例对称与不对称取代的新型紫精。通过取代基的改变,改善自由基的稳定性、显色灵敏度和荧光特性,实现对紫精化合物性能的调控。以紫外可见吸收光谱、荧光光谱、电子顺磁共振等方法研究对比对称取代与不对称取代紫精在液态和固态下性质的不同,研究其发光特性以得到新的有意义的结果。第一章绪论,主要介绍了紫精化合物的发现、基本结构、性质和常见合成方法,就其变色、发光性质的发展与应用及近年来紫精化合物的研究热点进行总结。第二章紫精化合物的合成;介绍通过烷基取代的合成方法,控制合成条件合成了六种对称取代与不对称取代紫精,并进行表征与分析。第三章液态下对称取代与不对称取代紫精的变色与发光研究;对称取代与不对称取代紫精在液态下都具有变色和发光性能并表现出很大的区别。基于紫精化合物对碱的显色,将VioCl1和VioCl2应用于精氨酸的选择性传感识别。第四章固态下对称取代与不对称取代紫精的变色与发光研究;主要以对称取代紫精的研磨、光致变色和不对称取代紫精的研磨变色、可调控发光研究为主。发现单取代紫精化合物优秀的固态发光性能,并可实现阴离子对其发光的调控。基于此制备了拥有变色发光性能的双功能膜材料与可视化试纸。