力致变色材料是指在外界力作用下物质的光学性质发生可逆改变的一类功能材料,在生物医药、化学传感器、信息存储以及光电设备等领域有着广泛应用。但是由于发展较晚,该类材料的种类有限,且缺乏有效的设计规律。因此,开发新型的力致变色材料,并揭露其内在规律是目前该领域的研究重点。本论文以萘酰亚胺分子为母核,经罗丹明、螺吡喃等色团对其进行修饰,设计合成了一系列具有优异力致变色性能的化合物,并且通过单晶解析以及理论模拟,讨论了在力刺激下,分子结构与发光性质的关系,揭示了该类分子的荧光变色行为与相应分子结构间的构效关系。主要分为以下三部分:本文第二章在同一分子中引入两个萘酰亚胺单元,为了避免萘平面间强的π-π作用淬灭固态荧光,通过含有多重酰胺键的支状结构“撑开”这两个萘环,成功合成了 M1分子。支状链中所富含的多个酰胺键赋予了M1在甲醇气氛下快速结晶的性能,并且显示了甲醇诱导结晶荧光增强现象,即结晶诱导增强发射(CIEE)。在本章中,首次报道了一种能与甲醇形成二元共晶体系的萘酰亚胺衍生物分子,由此得到的共结晶材料在机械力作用前后有近60 nm的荧光红移,表现出优异的力致变色性能。此外,伴随着溶剂甲醇的挥发,该共结晶材料还显示了不同寻常的热致荧光猝灭(turn-off)现象,用外界刺激去调控材料的荧光量子产率,类似报道并不多见。在本章中提供了一种获得新型力致变色材料的方法:通过引入溶剂分子制备得到二元共结晶材料,在外力作用下,由于溶剂的挥发以及分子发生结晶态向无定形态的转变,所以材料的荧光性质也随之改变。该方法操作方便,有望在实际中得到应用。本文第三章探讨的是基于分子内弱键断裂的力致变色材料。由于M1是一个非平面型的分子,具有较为扭曲的构象,可以提供给闭环体罗丹明分子以足够的开环空间,因此将罗丹明与M1进行共价连接,合成的分子M2在机械力作用下,表现出优异的力致变色性质。在外力作用下,其结构中含有的碳氮弱键发生了断裂,形成了开环异构体,荧光由暗黄色转变为亮橙色。同时将罗丹明基团与乙胺反应合成了对照结构M3,由于在聚集状态下M3分子排列十分紧密,没有足够的空间发生开环异构化反应,因此M3表现出力惰性。在本章中提供了另外一种获得力致变色材料的方法:对结构中含有弱化学键的分子共价修饰上非平面的具有扭曲构象的基团,提供开环异构化反应所需的分子空间,使得力惰性分子经过修饰后展现出力致变色性质。本文第四章通过将力响应基团螺吡喃和易组装基团萘酰亚胺通过酰胺键连接,合成了对光和力双响应的分子P1。研究发现,机械力作用前后P1分子实现了从一种晶型到另外一种晶型的转变;通过110 ℃加热处理,其晶型又能完全回复至初始状态,因而实现了外力对分子自组装形貌的可逆调控。首先,P1可自组装形成一维的纤维状组装体,进行紫外光照,其组装体形貌保持不变,只是荧光由黄色变为粉色。而对其施加外界压力,P1的荧光由黄色变为红色的同时伴随着其组装形貌也发生了改变:实现了从微米纤维到纳米球的转变。通过理论模拟以及单晶解析等手段阐述了力调控分子组装结构的内在机理:P1由于萘色团的π-π堆积力以及氢键等非共价键的共同作用,形成了长程有序的纤维状组装体;而外力增加了萘色团π-π重叠面积、破坏了分子间形成的氢键,同时使螺吡喃色团发生开环反应,引起分子重排,最终导致P1组装体由微米的纤维状转变为纳米的球状。而相比于机械力,紫外光照只是一类弱的外界刺激,分子间氢键以及π-π堆积并没有发生改变,因此P1的纤维状组装形貌保持不变。最后利用P1优良的光和力双刺激响应特性,将其用作光致以及力致变色材料。本章通过螺吡喃-萘酰亚胺体系首次实现了螺吡喃分子固态变色,同时首次实现了外力对分子组装形貌的可逆调控,而且作为一种双重响应型材料,P1在光传感以及压力传感等智能材料领域有着潜在应用。