有机变色分子由于其独特的变色性质,使得它们在信息记忆和存储、变色材料、显示材料等领域得到了深入的研究和广泛的应用。作为有机变色分子的一种,吲哚并[2,1-b][1,3]嗯嗪类变色分子由于其开环结构中的两性离子不在同一个共轭骨架中,具有比传统螺吡喃分子更好的稳定性和抗疲劳性,有更广阔的应用空间,正逐渐成为变色分子新的研究热点。本文选择新型的2,3,3-三甲基吲哚并[2,1-b][1,3]嗯嗪分子为主体结构,革新了制备方法,高效合成了一系列新型的吲哚并[2,1-b][1,3]噁嗪类变色化合物,通过多种表征方法确定了它们的结构。研究了此类分子的溶剂致开关转换及电致开关转换性质,并在溶剂致开环条件下研究了此类分子在离子检测方面的应用。针对研究过程中发现的吲哚并[2,1-b][1,3]嗯嗪类变色分子的低荧光量子产率的缺点,探索了一种利用仿生的策略来增强荧光量子效率的方法。(1)改进了吲哚并[2,1-b][1,3]嗯嗪类变色分子的制备方法,显著提高了目标分子的产率和反应效率。研究了P1和P2溶剂致开关转换性质,探索了P1在CN-检测方面的应用。将紫外可见差光谱法和待检测物指纹识别方法应用到吲哚并[2,1-b][1,3]噁嗪类变色分子作为阴离子探针的测试体系中,显著提高了检测结果的准确性和灵敏度,P1对CN-最低检测浓度达到0.4μM。(2)首次研究了P1、P2的电致开关转换性质。通过比较P1、P6、P7的关环结构和酸诱导开环结构的循环伏安曲线及理论化学计算结果,提出了一种新的电致开关转换机理。首次通过原位双波长时间分辨光谱电化学检测方法研究了P1和P2在ITO器件中的电致开关的微观动力学过程。动力学研究表明,吲哚部分引入一个硝基可以显著改善颜色可逆性和抗疲劳特性。(3)首次利用超共轭和空间库伦力作用实现了吲哚并[2,1-b][],3]嗯嗪类变色分子的荧光增强。利用仿生空间库伦力诱导理念,在P10中引入了一个双硫键代替传统荧光团,晶体结构和量子化学计算表明,双硫键与邻近氮原子及芳环之间存在的超共轭和空间库伦力作用改变了分子轨道能量和轨道分布,限制了激发态能量的消耗,实现了荧光增强。