金属离子作为生态系统中不可或缺的的部分,一直受到人们的广泛关注。在微观上,其不仅参与组成生物体的硬组织,还参与生物体内各种复杂的生化过程,如物质运输、能量转换、信息传递和代谢调控等。在宏观上,由于人类活动导致了土壤和河流中的重金属离子含量与日俱增,造成其在农作物生长和水生生物中的富集与积蓄,通过食物链对人体造成严重危害。故许多学者设计并研究出有机小分子应用于金属离子的检测识别,这类分子通常由三部分构成,分别是识别基团、连接臂和响应基团。识别基团是可以检测底物特异性结合的基团;响应基团是发出光电信号的信息源;连接臂作为桥梁用以连接识别基团和响应基团。本论文采用了多组分反应的合成方法,以芳香杂环α-二酮和二茂铁甲醛为合成原料,通过一系列反应合成多个含氮杂环二茂铁咪唑衍生物,并将其设计成离子探针分子用以在特定溶剂中选择性检测金属离子。其主要研究内容如下:以苯乙炔和2-溴吡啶为原料,通过钯催化偶联合成1-苯基-2-（2-吡啶基）乙炔（a）,再以a为原料通过高锰酸钾氧化得到1-苯基-2-（2-吡啶基）二酮（b）,并优化了反应条件;以含芳香环的醛为原料,二甲基亚砜为溶剂,通过二氧化碳和氮杂卡宾做非均相催化剂使C-C键直接相连合成了1,2-二（3-吡啶基）二酮（c）、1,2-二（2-噻唑基）二酮（d）,并优化了反应条件。四种化合物均通过核磁共振谱、红外吸收光谱和质谱等方法进行了表征,证实了其组成和分子结构。接着通过羰氨缩合成环反应,以合成的α-二酮和二茂铁甲醛为原料,设计合成了三种二茂铁基咪唑类衍生物2-二茂铁基-4-苯基-5-（2-吡啶基）咪唑（e）、2-二茂铁基-4,5-二（3-吡啶基）咪唑（f）和2-二茂铁基-4,5-二（2-噻唑）咪唑（g）,并优化了反应条件。三种化合物均通过核磁共振谱、红外吸收光谱、质谱和高分辨质谱等方法进行了表征,其中化合物g得到了单晶,并通过X射线衍射法证实了其分子结构。最后,使用荧光光谱、紫外可见光谱和电化学分析法研究了离子探针化合物e-g对各类金属离子的光电响应性能和影响离子识别的各类因素。论文重点探讨了化合物g对Al³⁺和Hg²⁺离子的选择性识别性能,以及时间、浓度和p H值等因素对化合物g的荧光强度影响,从而找到最好的离子识别条件。