在最近二十年里，超分子化学得到更加迅速的发展，并逐渐向其他领域渗透，形成许多新兴的交叉学科。分子开关和逻辑分子器件就属于超分子化学与光化学、电子工程、信息科学等学科交叉的结果。 光是优良的信息载体，能够被无线传输和远程监控。冠醚化合物是超分子化学的第一代主体，得到了广泛而深入的研究。而逻辑分子器件作为新兴的研究领域吸引了广泛的注意，但是也存在很多需要解决的问题。基于本组的研究基础，本文利用超分子光化学的设计理念，以带有光活性基团的冠醚衍生物和简单的荧光分子为研究对象，探索了分子识别和分子组装引起的光化学和光物理行为在分子信息处理方面的应用，研究了复杂逻辑功能的单分子集成以及逻辑分子的结构规律，为逻辑分子器件间的通信和集成打下了基础。具体研究内容如下： 1．首先简要介绍了超分子化学和超分子光化学的概况，并展望了超分子化学和超分子光化学的发展前景；对冠醚(只包括苯并15冠5和二苯并24冠8)在分子器件和组装上所取得的重要成果和最新进展进行了评述；综述了逻辑分子器件近十几年的发展，并探讨了其中存在的问题和挑战。 2．将苯并15冠5与Stilbazole和1,5-二羟基萘共价连接合成了荧光团修饰的单冠醚和双冠醚，通过B15C5与金属离子的键合可以调控荧光团的PET、ICT和excimer等光物理行为，并利用该光谱变化的现象模拟了逻辑AND(与)和OR_(或)门的功能，以及生命体系中广泛存在的“off-on-off"’和“on-off-on"的开关行为。 3．合成了具有n-型电子特性的蒽桥联的双二苯并24冠8，它与二甘醇桥联的双二级胺之间能够形成稳定的多价相互作用。在此基础上，我们进一步优化了多价客体的结构，合成了具有p-型电子特性的萘二酰亚胺刚性桥联双位点客体，它与双冠醚在电子特性和空间结构上精确互补，形成了超稳定的复合物。该复合物不仅仅能够保护葸不发生光化学氧化，还能被看作分子p-n异质结的分子电子器件。并且本文还采用多种作用因素，如(Bu)<,3>N/CF<,3>COOH，[(Bu)<,4>N]F/CF<,3>COOH，[(Bu)<,4>N]Ac/CF3COOH，NaClO<,4>/B15C5和KPF<,6>/18C6等，控制该超稳定组装体的可逆解离。 4．成功地将半加、半减、比较、可调节的"off-on-(off)”开关等多种逻辑功能集成到了单个2-phenylimidazo[4，5-f][1，10]plenanthroline分子上，并利用酸碱作为输入，特定波长的发射和吸收强度的变化作为输出，控制各种逻辑功能的执行。并且还首次提出了分子比较器的概念，使其与两个半减器结合阐述了一般减法的运算的规则。在该研究的基础上，还进一步揭示了一个构造酸碱反应基单分子半加器和半减器方法，并得到8-hydroxyquinoline，4-hydroxypyridine，4-aminophenol和5．amino-1-naphthol等逻辑分子支持。