1899年Marckwald观察到1，4-二氢-2，3，4，4-四氯萘-1-酮（I）的晶体，在阳光照射下由无色变成紫石英色，而当光线变暗时又返回变成无色。他称这种光照感应、受热又使颜色变回的现象为“光色互变现象”。这一名词，未经充分选择，就早已在植物学家论述植物于相应受光照的情况时采用。1950年Hirshberg引入的“光致变色”这一术语，其定义为一个材料处于活化辐射曝光时，能可逆地和明显地改变其可见光吸收谱的现象，当在暗处加热或以不同波长射线进行辐照，则会发生相反的变化。
一般的反应可表示为：
A是一种化合物，B是另一种化合物，或是2的电子激活形式，或能重新结合成2的几种化合物。
早在一百多年以前，就已经知道光致变色化合物，当时基本上把它看作为化学珍品，直到1956年，Hirshberg才指出光致变色化合物有可能应用于光化学记忆装置。然而光致变色有机化合物在光学信息贮存方面的潜在应用，却未能得以实现，这是由于国际上忽视深入研究，以及在激光技术、全息方法进展中所给予的刺激和鼓励不足所造成的。使用已知的光致变色化合物，其主要困难在于热不稳定性，且在许多情况下存在不可逆的副反应，导致少量副产物增多，但就整体而言，这将明显地损害该系统的光致变色性能。
近来，在威尔士大学化学系对光致变色化合物进行研究之前，尚无一个光致变色化合物能满足下列条件，即足以使之适用于全息方法的光学信息贮存方面：（1）在黑暗中对热完全稳定——允许无限的信息贮存。（2）低的光化学疲劳——允许存储和消除周期重复几千次。（3）高灵敏度——在适当波长的光波辐照下允许快速成像和去像。（4）线性响应和高转化率——两者取决于发生对任何可感度活化辐照不起内在滤色的有色结构；相反，在活化辐照的波长下辐照具有低的量子产率。（5）低的破坏读出允许要读出的成像而不消失。（6）光致变色化合物溶入塑料基底应保持所有上述性能。
光致变色胶片能满足这些标准，用于计算机信息贮存远胜过普通感光胶片，由于没有微粒和光散射，可储存密度更高的信息量。光致变色胶片不呈现与湿法显影、定影有关的时间滞后现象，其图像是可逆的，为了校正和修改，而允许把图像信息消去。
对主要类型光致变色有机化合物许多详细研究指出，如果光化学致色涉及到键的均裂或异裂反应而产生游离基、离子或偶极中间体，这就很难获得热稳定的有色结构或避免或消除不可逆的副反应。可以举一些例子来说明这些问题。
关于萘酮（I）晶体最近研究指出，颜色的变化是由于光化学作用使键均裂而产生有色的2，3， · 三氯-1-萘氧基游离基（Ⅱ）和一个氯游离基，而这些游离基是一起被束在晶格之中。在室温下（t?=24小时）颜色缓慢地消褪可归因于游离基重新结合使原来的酮（I）再生。在四氯化碳溶液中，酮（Ⅰ）生成萘氧基游离基（Ⅱ）和氯游离基，但是在室温下（t?=5分钟）颜色会迅速消褪，而且游离基相结合而生成与游离基加成聚合产品一样的非光致变色的酮（Ⅲ）。
螺环吡喃的光致变色和降解性能已经为Bertelson所全面论述。这些化合物在结晶状态没有光致变色性能，但是在溶液或在刚性的塑料基底中，它们明显地显示出碳-氧键的异裂作用所引起的光致变色性能，如无色的6-硝基-1′，3′，3′-三甲基螺环-[2H-1-苯并吡喃-2，2′-吲哚啉] （6-硝基BIPS，Ⅳ），经紫外线辐照产生深蓝色的偶极中间体（V）。
到1969年为止，共研究了46类不同的共800个螺环吡喃化合物，只有少数几个能经受30000次以上重复光致变色和受热消色的作用。所有螺环吡喃都没能满足计算机信息贮存所必需的严格的技术要求。
要取得关于螺环吡喃的精确的光化学和光谱数据有很多困难。有色溶液不服从贝尔定律，而受热消色又不遵循简单的动力学。这归因于异构化反应、二聚反应以及由偶极中间体形成集聚态。计算纯的有色结构吸收谱和生色的量子产率不是一件简单的事情。溶液中氧和杂质明显地影响疲劳速率，而且涉及到形成副产物的过程是复杂的，少量的杂质就会引起光致变色性能的消失。例如，当6-硝基BIPS（Ⅳ）溶液经辐照直到其光致变色性能完全消失时，仍有96%的6-硝基BIPS可回收。经分离的降解产品，5-硝基水杨酸（0.3%）、5-硝基水杨酸（1.0%）和1，3，三甲基-2-羟基甲撑吲哚啉（0.6%），每一杂质均能使新制的6-硝基BIPS溶液的光致变色性能受到阻抑。
光致变色的无色的三芳基乙腈（Ⅵ），在溶液中也受到键的异裂作用，产生共振而稳定的有色碳鎓离子（Ⅶ），正如对螺环吡喃所论述一样，氧和溶解的杂质对降解作用是很敏感的。
我们在研究苯基取代的双琥珀甲撑酸酐方面的光致变色工作中，直接参照了H. Stobbe在1904~1911年间的工作。他称这些化合物为俘精酸酐（按照拉丁fulgere发辉光），通常得到的是美丽的反射晶体，当在紫外光下曝光会呈现黄色到桔红色的色泽变化，在受热和日光下曝光则呈现反向的变化。他对所要了解的晶体和有机溶液的光致变色性能未能作出满意的解释。Becker正确地提出，这种有色形式是1，8a-二氢萘衍生物（1，8a-DHN），而我们已经证实，这是俘精酸酐全旋光闭环所形成的，这与要取得关于螺环吡喃的精确的光化学和光谱数Woodward-Hoffman选择规则一致，即1，8a-DHN经过1，5-氢迁移并在参与其热过程而消旋开环。用日光进行光化开环只能发生在如图1所示的全旋光过程中。而电环化反应是不涉及活性基或离子中间体，可能用改变俘精酸酐结构来消除不可逆的副反应。这样，就确保1-和2-位及1-和8a-位上不含氢，就能阻止1，2-和1，8a-DHN氧化成相应的萘-2，3-二羧酸酐。甲基丙叉（二苯基甲撑）琥珀酸肝（Ⅷ）的重排反应则概括于下图中。
前述的1，5-氢迁移是唯一的不可逆的热副反应，结果产生无色的1，2-DHN，从整体而言并不影响该体系的光致变色性能。
淡黄色（E）-异丙叉（2，4，6-三甲基苯叉）-琥珀酸肝（Ⅸ，R=H）经光致环化生成对热稳定的红色1，8a-DHN（X，R=H），其中8a-甲基和1-甲基之间的顺式空间排列作用制止开环消旋。在化合物（X）中既没有8a-甲基迁移，又不会脱除乙基。有色结构连续加热到160°C也不消色，继续照光不致引起可察觉的副反应与（E）-俘精酸酐（Ⅸ）及其（Z）异构体的光平衡反应。已经合成了第一个没有光化学副反应且对热稳定的光致变色化合物。
化合物（Ⅸ）光致变色性能不良，发色速度很慢，表明其光色反应的量子产率较低，转换成有色结构的程度是小的。这可能归因于有色结构对活化辐射引起内在滤色作用，在紫外区却具有反向的比较高的量子产率。
俘精酸酐具有两个主要自主发色团，也就是不饱和羰基结构。可以认为光环化有两个简单的机理，每个均包含着n→π*激发过程。其一涉及到从激发态发色团的双键碳原子向苯基取代基的邻位方向进攻，模型A；因此另一个就涉及到从激发态发色团苯基邻位向双键碳原子方向进攻，模型B。如（E，E）-2，3-二苯叉-γ-丁内酯（Ⅺ），可以相信其光环化主要由模型A从中间态（Ⅻ）生成产品，俘精酸酐相信是经过类似的闭环过程。
如果进一步设想，光环化是类似亲电子进攻过程，那么环化反应预期将可以在苯基取代的俘精酸酐的间位引入释电子基团来达到。
在（E）-3，5-二甲基苯叉-（异丙叉）琥珀酸酐（XIII，R=甲氧基）中甲氧基取代基与（E）-苯叉（异丙叉）琥珀酸酐（XIII，R=H）相比，有较弱地向长波谱带浅色方向迁移。但是，在1，8a-DHN（XIV，R=甲氧基）中，6-和8-位的甲氧基团却产生显著的深色迁移并使可见光吸收谱带拉宽，结果呈现深蓝色。图3表示其转换程度和特性。
蓝色1，8a-DHN（XIV，R=甲氧基）的共振稳定化作用促使1，5-氢的热迁移反应速率降低，而在1-甲基和8-甲氧基之间的空间交互作用则使受热消旋开环的作用受到抑制，同样表现为蓝色1，8a-DHN受热消色速度减慢（28°C时t?=8小时）。连续辐照蓝色1，8a-DHN（XIV，R=甲氧基）引起1，7-氢的光化迁移而得到1，4-DHN（XV），这些反应即如上式所示。
（E）-3，5-=甲氧基-2，4，6-三甲基苯叉（异丙叉）琥珀酸酐（Ⅸ，R=甲氧基）在波长366毫微米的辐照下，迅速由淡黄色变成深紫色，并得到无光化学副反应且对热稳定的1，8a-DHN（X，R=甲氧基）。用绿光照射可使颜色变化迅速复原。俘精酸酐（Ⅸ，R=甲氧基）在浓溶液中，不能高度转化成1，8a-DHN（X，R=甲氧基），这也是由于生色结构对活化辐射起着内在滤色作用。而且，也论述了抗光化学副反应的对热稳定而敏感的光致变色化合物的要求。
俘精酸野所要求的正是具有对亲电子进攻敏感的环状结构，所产生的有色结构乃是带有不会移动的角基团，其空间效应使之避免热消旋开环。这些特性表示在下列“杂环俘精酸”酐中。
当有色结构在紫外区呈现弱吸收，并在活化波长复原下有较低的量子产率，就能得到如图4所示，在浓溶液中俘精酸酐近乎定量地转化成有色结构。
有些杂环俘精酸酐能满足信息贮存系统所要求的全部条件。可以说，光学记忆贮存的光致变色材料的时代已经来到了。
[本文选自Chemistry & Industry 1978年6期。徐翔飞译田遇霖校]