自由基化合物引起了科学家的广泛关注,不仅仅是因为自由基化合物与有机化学、无机化学、生物化学和理论化学密切相关,同时具有光、电、磁等特性,在生物医学,电池和分子器件等相关领域有着潜在的应用价值。近年来,有机自由基在单分子磁体领域被广泛研究和应用,利用它们作为桥联单元能有效地增强金属离子之间的磁耦合相互作用,从而提高单分子磁体的性质。将自由基与金属配合物相结合,研究自由基与金属之间的相互关系,对我们构筑单分子磁体有着重要的意义。然而,到目前为止主族元素自由基用于单分子磁体方面的应用仍然比较匮乏。这主要是由于大多数主族元素自由基都非常活泼,极易发生氧化、夺氢、聚合等反应,而且寿命较短。如何稳定和分离自由基化合物及含主族元素自由基的金属配合物就成为了研究的难点。本文总结了氮杂并五苯自由基及自由基配体桥联的单分子磁体的研究现状,并成功分离了6例氮杂并苯自由基,7例主族自由基配体桥联的镧系金属配合物,通过一系列的表征,对这些化合物的结构、性质进行了深入的研究。本论文主要工作例举如下:一、在具有18-冠醚-6的情况下,利用不同当量石墨烯钾（KC8）在THF中还原氮杂并苯衍生物1和2,成功稳定并分离得到了它们的单阴离子单自由基[（18-c-6）K（THF）2]+·1·–、[（18-c-6）K（THF）2]+·2·–及双阴离子双自由基化合物[（18-c-6）K（THF）2]+[（18-c-6）K]+·12–··和[（18-c-6）K（THF）]22+·22–··,并从结构、光谱、磁性和理论计算等方面进行了研究。研究表明单自由基1·–和2·–电子离域在整个π体系上,而双自由基12-··和22-··的基态为开壳层单线态,且单线态-三线态能量差很小,分别为-0.75 k J/mol和-1.73 k J/mol。另外,在具有Li[Al（ORF）4]（RF=C（CF3）3）的环境下,利用NOSb F6对化合物1和2进行了不完全氧化,成功分离得到了两例自由基π多聚物[13]2+···[Al（ORF）4]2-和[22]·+·[Al（ORF）4]-,并通过X-射线单晶衍射确定了这两例化合物的晶体结构,通过EPR、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱以及DFT理论计算对这两例化合物进行了系统研究,结果表明两者在溶液和固体状态下均具有荧光性质。二、通过联吡啶亚芴基取代的磷烯化合物3与[Cp*2Ln][BPh4](Ln=DyIII,TbIII,GdIII)反应,之后利用石墨烯钾（KC8）还原得到了三例配合物Cp*2Dy（N,N’-3）4、Cp*2Tb（N,N’-3）5和Cp*2Gd（N,N’-3）6,其中磷烯部分为自由基阴离子状态。这三例化合物都为首例含有主族元素自由基的镧系金属配合物。通过单晶X-射线衍射、紫外可见光谱和超导量子干涉仪测试等手段对这三例配合物从结构,光谱和磁性等方面进行了研究。通过磁性研究发现,自由基和镧系金属之间存在着反铁磁相互作用,并且配合物4具有慢磁迟豫行为。三、通过5,5’-双（二甲基苯基硼）-2,2’-联吡啶（bpy B）与[Cp*2Ln][BPh4](Ln=Dy III,Gd III;Cp*=五甲基环戊二烯基)反应,之后加入单质钾以及穴醚222-cryptand对其进行一倍及两倍还原,得到了四例含主族元素配体桥联的镧系金属配合物[Cp*2Ln][N,N’-bpy B](7:Ln=Dy III;9:Ln=Gd III)和[222-cryptand-K][（Cp*2Ln）（N,N’-bpy B）](8:Ln=Dy III;10:Ln=Gd III)。其中配合物7和9的bpy B部分为单阴离子单自由基状态,而8和10的bpy B部分为抗磁二价阴离子状态。分别对这四例配合物进行了结构、光谱以及磁性等性质分析,结果表明配合物7和9中,自由基和镧系金属之间存在着反铁磁耦合作用。另外,配合物7弛豫有效能垒（18.5 K）比配合物8（77.2 K）小的多,说明了含主族元素的具有氧化还原活性的配体能够调控单分子磁体行为。