分子的立体结构是指分子中原子或基团的空间排列。分子的不同立体构型与构象可显著影响其理化性质,如聚集态结构、溶解性、光电磁性质和生物医药活性等。因此,具有立体结构特异性的有机分子材料在材料化学、生物化学、药物化学等领域越来越受到关注,具有重要的研究价值和应用前景。分子结构对其光学性质具有显著的影响,传统的有机发光分子通常具有平面型共轭结构,聚集状态下分子间可产生明显的π-π堆积作用从而猝灭荧光,这种现象被称为聚集荧光猝灭(Aggregation-Caused Quenching,ACQ),ACQ效应限制了此类分子在固态发光材料领域的应用。与之相反,一些螺旋桨构型的分子在溶解态下弱发光或不发光,但聚集时迸发强烈荧光,表现为聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission,AIE)现象。聚集诱导发光分子可有效地克服聚集荧光猝灭效应,作为一类优异的聚集态发光材料在光电器件、生化分析、生物成像、智能材料等领域展现出了良好的研究价值和应用前景。较于平面且刚性的π-共轭ACQ分子,AIE分子具有柔性的骨架结构与偏弱的分子共轭程度,表现出一些立体结构特征。另一方面,具有三维立体结构的分子通常具备以下优点:1.溶解性好,可加工性强;2.构型扭曲可产生多样的电子结构,丰富物性功能,且可表现多层次不对称特征;3.在宏观层次,立体结构砌块利于形成丰富的三维结构。此外,三维立体化的柔性分子结构,能有效地抑制π介导平面堆叠作用,从而抑制ACQ现象,贴合AIE分子的设计构建理念。然而,由于面临着合成方法以及功能设计方面的诸多挑战,融合立体结构特性的三维AIE功能分子材料仍鲜有报道。在本论文中,我们通过引入具有正交垂直单元的立体螺环结构,设计合成了系列具有AIE发光功能特性并具有三维立体特征的螺蒽衍生物材料。本文主要内容如下:(1)设计合成了一对融合了螺环单元、具有AIE活性和构型稳定性的三维立体异构体(g/a-DS),并通过单晶衍射鉴定了对应结构。通过对比研究,发现异构体分子在溶解度、极性等物理性质,以及光学性质(发光波长、寿命、不同物态下的发光量子产率)等方面表现出显著差异。进一步,研究了异构体在热、光、机械力等刺激下的转化过程,探讨了其构型稳定性机制。基于控制实验研究,推测g/a-DS分子中C-C单键在热激活下可均裂生成自由基中间体,进而实现不同构型之间的转化。作为具有AIE功能活性的一对异构体,g/a-DS分子是难得的研究模型,其研究对理解分子材料结构-物性-功能之间调控机制具有重要意义。(2)通过三氟乙酸处理g/a-DS分子,高效合成了一款具有优异固态深蓝光的三蝶烯化合物STP(荧光量子产率:71.3%)。通过X射线单晶分析表征了该三蝶烯化合物的特殊立体构型。该分子晶体材料在碘蒸气吸附实验中表现出优异的可逆性,其发光亮度伴随碘浓度的变化而敏感变化。该些研究暗示,基于立体三蝶烯结构的有机多孔AIE材料在分子识别、气体储存等方面具有丰富的研究和应用潜力。