本论文主要论述了芳基甲基自由基功能材料的研究进展以及质子化效应在有机分子中的应用。在本实验室之前的研究工作中,我们合成出一种稳定的发光性的中性自由基底物obip和obip-CHO,在此基础上,进一步拓展功能自由基材料的研究。首先,通过简单的一锅法设计合成了两种稳定新型的二芳甲基单自由基5和二芳甲基三自由基7,两种自由基由于各自不同的电子结构和堆积状态,展现出不同的性能。并且5在HC1O4溶液中酸化后,可以容易地转变为7。跟5相比,7具有更高的量子产率并且近红外吸收增强,这是由于7中存在独特的质子分享型氢键。另外,在酸碱气体的刺激下,5和7之间的磷光、颜色和磁性性质可以互相转换,同时相应地给出不同EPR信号。因此,质子分享型氢键可以作为5跟7的开关:当被质子化时,开关"开"7稳定存在,EPR呈现七重信号峰,具有荧光性能;当去质子化,开关"关"7转变成5,EPR呈现单信号峰,发光较弱。7对酸碱性气体产生的这种刺激响应性能,使其可以被制备成为氨气的磷光传感器件。这项工作为研究新的通过外部刺激可以可逆的转变颜色、发光、磁性的多功能材料提供一种新型合成方法,以及为制备新型传感器件提供了灵感。其次,在上一章的研究基础上,我们又继续培养了一种盐酸体系下的单晶,该晶体中具有通过多重氢键相互作用形成的有趣的三环式[6.2.0.0]构型。此外,我们也根据单晶的晶体学证据,首次报道了一种室温下未解离的HC1水合物单晶及其水分子二聚体具有的非常规顺式-线性构象。也证明了该独特现象是由三环式构型的环几何效应引起的。本章工作的重要性在于探索出室温下也可以得到未解离的HC1水合物单晶,和没有穴腔束缚作用也可以得到顺式-线性构象的水分子二聚体。我们的工作为室温下探索HC1-H20体系新型构型提供帮助。最后,基于实验室之前报道的三种新型的三芳基甲基碳正离子自由基,发现这三种三芳基甲基碳正离子自由基盐是同分异构体,并且在300 K时表现出不同的磁化率值。本章通过简单的"一锅法"合成一种三芳基甲基碳正离子自由基(标为TAM+··Cl-),有趣的是,当将其质子化后,"cis"TAM+··Cl-转化成"trans"三芳基甲基碳正离子自由基(标为HTAM2+··2ClO4-·H2O)。如此明显的构象改变,是由一个环外羰基氧原子和被质子化的吡啶氮原子形成的分子内氢键引起的。同时,构象的改变也带来晶体结构和性能的改变,与反式构象HTAM2+··2ClO4-·H20相比,顺式构象TAM+··Cl-拥有一维高疏水通道。另外由于构象的改变,二者展现出不同的磷光性能和磁化率值。