超分子化学通过模仿自然界中的各种现象和过程,构筑简化的人工体系,超分子化学家们试图通过这些人工体系去揭示自然现象和过程背后的机理。超分子化学在过去几十年间得到快速的发展并成为一门新兴学科,所包含的研究范围也愈发宽泛。在超分子化学的发展史中,主客体化学一直扮演了一个重要的角色。从自然界和生活中汲取灵感,基于大环主体的互穿结构,超分子化学家已经构筑许多新颖的结构,比如(准)轮烷,索烃,雏菊链,以及超分子聚合物等。轮烷是一个基本的超分子组装体,这个组装体包含一个大环主体和一个哑铃状线性客体；大环主体包围在这个哑铃状客体的线性部分上并且无法挣脱客体两端的大位阻基团,这样就形成了一个稳定的机械互锁结构。苯并-21-冠-7是至今已被证实的能被烷基二级铵盐穿过的最小的冠醚。由于苯并-21-冠-7较小的空腔,苯环可以充当它的封端基团来构筑稳定的机械互锁结构。在此基础上,我们进一步系统地研究了不同大小的封端基团对于基于苯并-21-冠-7和二级铵盐这个识别体系的稳定性的影响。我们首先选择不同的烷基封端基团来构筑其轮烷结构。随着烷基链“尾巴”逐步增长,封端基团所起到的封端效果也逐渐变强。在采用异丙基作为封端基团时,我们制备了基于苯并-21-冠-7/二级铵盐识别体系的轮烷,它对大极性溶剂和高温条件都很稳定,不会发生解离。这也是基于苯并-21-冠-7/二级铵盐识别体系第一个不以苯环为封端基团的轮烷。在回顾这部分工作时,发现羰基的存在就能够影响互穿结构的稳定性。如果再稍稍增加封端基团的大小,使其比乙酰基更大,我们也许会得到更满意的结果。氟原子在药物分子的研究中也是非常重要的,很多药物都含有氟原子；用氟原子取代氢原子也是药物研究的重要手段。而氟原子被引入到构筑轮烷这种超分子体系的报道并不多。我们以全氟取代的烷基链以及全氯代的乙酰基为封端基团制备苯并-21-冠-7/二级铵盐识别体系的轮烷。在采用这些大环分子去构筑准轮烷和轮烷时,我们会注意到其中更为特别的互穿结构。当单体中同时包含着大环主体和线性客体两部分时,而且这对主体和客体在离散状态下是可以匹配、可以互穿的,那么这就可能会导致一个单体的客体穿过另一单体的主体,进而不断首尾相接形成如同雏菊编织的花环——雏菊链(daisy chain)。另一方面,自分类识别作用在生命过程中是普遍存在的,建立在各个构建基元间的协作上。碱基配对并“聚合”形成最为人熟知的超级结构DNA双螺旋,它储存着生命的密码。DNA中特异性识别的两组碱基对(AT和CG)的形成需要高度精确的自分类识别作用,剔除外在的干扰和对抗非最优组合的竞争。结合这两点,我们设计了四个单体来研究自分类识别现象,它们基于苯并-21-冠-7和双苯并-24-冠-8以及两种不同的二级铵盐。两种冠醚有两种不同大小的空腔,它们可以选择性地和两种二级铵盐——一个是含烷基链的二级铵盐BBA,而另一个是位阻更大的双苯基的二级铵盐DBA——进行络合形成准轮烷。将它们分别连接起来,就可以在雏菊链的结构中观察自分类识别作用。凝胶是现代生活中应用非常广泛的一种软材料。我们知道在化妆品中透明质酸的凝胶是很常见的；在隐形眼镜或其他一些医用材料中、在润滑剂或食物中也有应用。近来,研究人员把注意力从传统转向非传统的凝胶材料。作为一种新的软材料,超分子凝胶可以是由低分子量的有机成胶因子(low molecular weight organic gelators, LMOGs)通过非共价相互作用力形成的。我们设计了一系列包含冠醚大环的单体分子,从分子设计到最后成胶性能的对比,探讨它们是否是成胶因子、对成胶性能的影响等。