花菁染料是一种非常经典的染料,具有摩尔吸光系数大和荧光量子效率高等优点。而半花菁染料属于花菁染料的一种,通过一个含有奇数个碳原子的共轭链将吸电子基团和给电子基团连接起来。目前已被应用于生物探针、染料、敏化太阳能电池中的光敏剂等方面,在阴离子化学传感器和复合的分子逻辑电路方面中却很少用到。而本论文着重是从阴离子化学传感器和复合的分子逻辑电路这两个方面入手,用紫外-可见光谱和荧光发射光谱对半花菁染料的性质进行了分析,并对于它们可以检测某些阴离子和形成分子逻辑电路的机理进行了探讨。具体内容如下：与一些金属离子和体积较小阴离子的化学传感器相比,四面体的阴离子,比如SO42-、 H2PO4-、HSO4-、HPO42-等,这些离子的水合作用非常大(根据Hofmeister规则),因此,找到一种能够选择性检测四面体阴离子的方法是非常困难的。本论文第二章合成了一系列半花菁衍生物L1～L4,并运用1H NMR,13C NMR,元素分析和质谱进行了表证。实验结果发现,连接有对位羟基的半花菁衍生物L1、L2在乙醇和水为1：1的溶剂体系中,可以对HS04-进行选择性的检测,结合比都为1：1,拟合求得的解离常数都达到10-5M数量级,检测限分别为1.0×10-7mol/L(R=0.993).1.0×10-6mol/L(R=0.996):连接有间位羟基的半花菁衍生物L3、L4则没有这种效果。这种检测方法充分利用了阴离子诱导形成一种轻微旋转位移的H-聚集体而导致光谱发生变化的特性。它为我们提供了一种对阴离子进行选择性检测的简便而有效的途径。以自上而下的方式运行的硅电子设备由于受到机械制造和物理方面的缺点所限制,发展缓慢。而随着经济的不断发展,人们急需找到一种能够替代硅电子设备的方法。分子逻辑电路采用的是自下而上的运行模式,它在信息处理和储存方面表现出很大的潜力,而且它也可以用于医疗检测、探针、分子记忆设备、分子处理器等方面。这些优点促使化学家寻找一个可以表达复杂逻辑功能的分子逻辑电路。目前,前人运用羟基或者N的得失电子,或者形成螫合物的原理组建了一些简单的分子逻辑电路。本论文第三章中合成了一种半花菁衍生物CJ4,运用1H NMR,13C NMR,元素分析和质谱进行了表证。我们一方面利用CJ4中的-OH得失质子能力,另一方面又利用C=N+化学键不稳定,容易和OH-发生加成反应,从而使得CJ4在不同pH条件下会发生得失质子现象,形成CJ4(+1),CJ4(0)和CJ4(-1)三种不同的结构形式。我们根据它的光谱性质的变化数据,从而一个单分子体系上组建了数字比较器和半减器。