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大环化合物因具有独特的空腔结构,不仅在主客体识别作用和功能化组装体的研究上具有很大优势,同时在研究有机反应及反应机理探索等方面也有独特应用。本博士论文研究了多个杂杯[4]杂芳烃类和冠芳烃类化合物的合成,结构与性能。氮杂杯芳烃吡啶在溶液中与二价镍盐反应,实现了芳基下沿碳-氢键活化,高效得到杯[1]芳烃[3]吡啶-镍(II)化合物和杯[2]芳烃[2]吡啶-镍(II)化合物。对其结构和性能进行了表征,并实现了芳基碳-镍(II)键向碳-碳,碳-氧,碳-氮,碳-溴键等的转化,发现杯[1]芳烃[3]吡啶-镍(II)既可与亲核试剂反应,也可与亲电试剂反应,而杯[2]芳烃[2]吡啶-镍(II)则在多种实验条件下均能稳定存在。合成了三种固有手性杂杯[4]杂芳烃,即氮杂杯[2]硝基芳烃[2]吡啶、含有萘环单元的化合物以及含有异喹啉环的主体大环。利用手性HPLC拆分了其中的两对对映异构体,得到了光学纯的化合物,并通过CD光谱确认了对映异构体的存在。重新考查了氧杂杯[2]氟代芳烃[2]三嗪在溶液中与多种阴离子之间的相互作用,发现该类化合物在溶液中受叠氮根、氟离子、醋酸根、氰根等强亲核性阴离子作用,发生断裂,导致颜色变化,利用光谱方法也未观察到该类化合物与其他阴离子的作用。合成了两类水溶性硫原子桥连的冠[3]芳烃[3]哒嗪,它们具有富电子的疏水空腔。利用核磁、紫外以及等温量热滴定法考察了其在水溶液中与不同电荷数、不同结构的阳离子的相互作用。发现该类分子在缓冲水溶液中与多种阳离子均产生1:1作用,作用强度与阳离子电荷数、结构等有关,实验测得最大结合常数为(3.15±0.35)×106 M-1。总之,我们研究了多个杂杯[4]杂芳烃和水溶性冠芳烃化合物的合成,结构与性质。两类大环分子在研究芳基金属键功能化、主客体识别作用与组装等方面都有广阔的应用前景,相信随着研究的进一步深入,两类大环分子一定会大大推动大环和超分子化学的发展。