光致变色现象(Photochromism)指的是某些化学物质在受到光激发后，在两个具有不同颜色的状态间的可逆转变过程。从19世纪60年代Fritzsche首次观察到并四苯的溶液在日光光照下可以发生可逆的颜色改变，到上个世纪50年代Hirshberg和Fischer等开始对螺吡喃类有机光致变色化合物的系统研究，再到上个世纪80年代伴随着俘精酸酐等热稳定型光致变色体系的建立和系统研究，迎来光致变色领域的井喷式发展。其中，日本Irie教授于1988年发现的二芳基乙烯(Diarylethene，DAE)体系由于具有极高的热稳定性、优异的抗疲劳度以及不同异构体状态间的显著的物理化学性能差异，在分子开关、智能材料以及光信息存储等诸多领域备受关注，是目前最有应用前景的光致变色体系之一。　　通常而言，绝大多数的二芳基乙烯类化合物内的空间位阻效应并不显著，带来了许多由于自发性的异构化引起的不利影响。本论文聚焦烯桥修饰、功能化，主要通过六元环烯桥修饰，基于我们课题组所发展的分子体系——位阻型二苯并噻二唑砌块(Buildingblock)作为烯桥，创新地设计并合成一系列具有空间位阻效应的二芳基乙烯光致变色化合物，并系统地研究位阻效应对二芳基乙烯性能的影响，期望提高和拓展二芳基乙烯的基本性能，主要内容如下:　　第一章总结了二芳基乙烯类光致变色化合物的基本性能与最新研究进展。首先重点阐述了二芳基乙烯的光反应机理、光量子效率的决定因素以及实现手性响应性的手段;其次介绍了二芳基乙烯在光信息存储、光控分子开关以及功能性晶体上的应用;最后提出本论文研究思路——希望通过增加分子内空间位阻，分离二芳基乙烯的各个热稳定的异构体，从而消除自发性的异构化造成的性能损失。　　第二章基于位阻型苯并二噻二唑烯桥，创新地设计并合成了一系列位阻效应大小不一的二芳基乙烯DAE1-4，系统地讨论位阻效应对二芳基乙烯的异构化和光致变色性能的影响:Ⅰ.在开环态下，随着侧链芳基空间体积的增大，平行和反平行异构体间的异构化速率逐步降低，直至这两个异构体可以在室温下被完全分离为独立的、热稳定的异构体（在DAE2和3中）;Ⅱ.在闭环态下，虽然过大的空间位阻对闭环体的热稳定性有显著的损害作用，然而（DAE1和2中）分子内氢键可以抬升自发开环反应的活化能，补偿大位阻带来的不利因素，因而部分闭环体仍具有良好的热稳定性。最终在保证闭环体热稳定性不受显著影响的条件下，以分离纯的反平行异构体的方式，成功将闭环量子效率提升至73％(DAE2)，突破了传统的二芳基乙烯中的限制(50％)，建立了一类具有高光敏性的光致变色体系。　　第三章以DAE2为母体，设计并合成了一系列衍生物(DAE5-7)，讨论了空间位阻和分子内电荷转移(ICT)效应对闭环量子效率的影响:Ⅰ.DAE5由于引入了长烷基链增加了空间位阻，导致其闭环量子效率下降至67％;Ⅱ.DAE6和7由于引入了吸电子基团，显著地降低了ICT效应，致使其闭环量子效率提升至91％(DAE7中)。首次提出了一类提高二芳基乙烯的闭环量子效率的方法:在基于位阻型苯并二噻二唑烯桥的二芳基乙烯中通过增大空间位阻后，实现反平行异构体的分离，再通过抑制体系内的ICT效应，可以将闭环量子效率最高提升至91％，从而接近理论值(100％)。　　第四章对BBTE（即DAE2）的开环体和闭环体进行HPLC手性拆分，首次分离得到了二芳基乙烯中5个独立的高热稳定的构象异构体:反平行异构体的M-ap-BBTE和P-ap-BBTE、平行异构体的p-BBTE、闭环体(S,S)-c-BBTE和(R,R)-c-BBTE。所有异构体经过X射线单晶衍射，确证了各自的绝对构型。反平行异构体和闭环体的对映异构体间可以在溶液和聚合物基质中发生对映专一选择性的光致变色反应，彻底解决了二芳基乙烯内在自发消旋而无手性响应的问题。通过掺杂于聚合物基质中，内源性的手性响应的BBTE可以应用于光手性开关、以及采用旋光度作为无损输出信号的光存储材料。　　第五章对一系列典型的二芳基乙烯的闭环体的溶液态和聚集态中的荧光进行了对比研究，系统地报道了闭环体的聚集态荧光增强现象(AIE)。所涉及的闭环体在溶液中皆表现为无或弱荧光（ΦF＜0.59％），而在聚集态中2c和8c反常地表现出显著的荧光增强现象（ΦF分别为23.99和8.24％）。通过对比分析，现象最显著的2c的固体荧光增强（600倍）应源于苯并二噻二唑烯桥与环己二烯发色团间的ICT效应和空间位阻的共同作用。将2a掺杂于聚合物薄膜后可以通过光照控制薄膜的荧光开关。　　第六章其它工作:基于位阻型苯并二噻二唑烯桥，设计并合成了含有吲哚(DAE11和12)、氧化噻吩（DAE13和14）和噻吩并吡啶单元的(DAE15-17)，并进行了初步的性能测试:Ⅰ.DAE12在溶液和单晶状态都不表现出光致变色性能，这可能和体系中过大的芳香性抬升了闭环反应的能级有关;Ⅱ.通过将DAE2和3进行氧化得到了DAE13和14解决了闭环体热稳定性以及开环体单晶无法发生光致变色反应的问题;Ⅲ.在DAE2的基础上引入了具有配位能力的吡啶单元(DAE15-17)，期望实现与DNA等生物大分子的进行静电配位作用，实现光控生物性质调控。