瓜环(cucurbit[n]uril, CB[n])是超分子化学中继冠醚、环糊精、杯芳烃之后一类新兴的笼状大环主体分子化合物,越来越吸引了国内外相关领域研究者的关注,具有特有的结构特性和广阔的应用前景。八元瓜环CB[8]的空腔足够大,可以同时容纳两个相同或者相异的客体结构,因此CB[8]的主客体自组装性能被广泛而深入的研究,并取得了巨大的进展。本论文在文献调研的基础上主要研究CB[8与紫菁类化合物的超分子自组装。在研究CT化合物苯酚紫菁(PHEV)与CB[8]的相互作用时发现,PHEV可以与CB[8]按1：1的比例进行超分子自组装,其中PHEV分子在CB[8]空腔中发生折叠,电子供体部分(苯酚)和电子受体部分(紫菁)共存在CB[8]的空腔内形成电荷转移(CT)化合物。另外,当PHEV被还原成单电荷自由基时,在CB[8]空腔内部形成紫菁自由基二聚体(radical dimer)和苯酚-紫菁自由基对(partner radical)两种组装结构。这个结论通过计算模拟、核磁、电化学和紫外吸收光谱等检测得到了进一步验证,这是首次报道在研究紫菁与八元瓜环的主客体组装方面存在着动态平衡。为进一步考察芳环作为电子供体对紫菁与CB[8]自组装性能的影响,设计合成了一系列芳香烃(如芘、葸、萘、苯)作为电子供体(donor),紫菁作为电子受体(acceptor)的D-A型化合物(PEV、AEV、NEV和BEV),并通过紫外、核磁、电化学等实验方法对其与CB[8]进行了主客体超分子自组装的规律和机理进行了详细的研究和归纳。结果发现,CB[8]可以与化合物形成1：1的主客体超分子组装结构。随着CB[8]的加入,D-A型的芳环紫菁系列化合物荧光明显增强,这是由于CB[8]端口带有电负性的羰基在某种程度上中和紫菁阳离子基团的正电荷,使之对激发态的芳环的荧光淬灭作用下降。PEV、AEV和NEV与CB[8]自组装后,紫菁部分进入瓜环空腔,其一端的甲基露在瓜环端口外,其中,蒽环或萘环部分也进入瓜环空腔与紫菁部分形成CT化合物。BEV与CB[8]组装后,苯环和紫菁上的一小部分包结在瓜环空腔内,其余均露在瓜环端口外。由于芳环的大π共轭的特性以及紫菁的特殊氧化还原性,此系列化合物受光激发后会发生电子传递(PET)。为考察化合物对DNA的氧化作用,需要考察其与小牛胸腺DNA(CT DNA)的相互作用。结果发现,PEV和AEV与CT DNA存在很强的嵌入作用,而NEV和BEV与DNA的相互作用较弱。CB[8]加入后,此系列化合物与CT DNA的相互作用力明显加强,尤其是CB[8]对NEV和BEV与DNA的相互作用。在无氧光照条件下,此系列化合物与CB[8]的组装体系很容易生成紫菁自由基,产生新的的紫外吸收峰。另外,通过琼脂糖凝胶电泳法考察了此系列化合物单体以及CB[8]的自组装化合物对质粒DNA的切割性能。结果表明,光激发后,CB[8]提高了此类芳环紫菁化合物对质粒DNA的切割效率。这是由于化合物受光激发后,芳环会将电子传递给紫菁部分,发生分子内电子转移(ET),原化合物形成电荷分离态(CS态)Aryl+·-CH2-EV+·,其中EV+基团会活化溶液中的溶解氧(DO)生成活性氧碎片(ROS), ROS与Ary1+都会对DNA产生氧化损伤。瓜环CB[8]对紫菁自由基产生稳定的自组装包结作用,从而延长了EV+的存在寿命,最终提高了紫菁系列化合物对DNA的光切割效率。从切割机理研究上发现Aryl+·、·OH和1O2在DNA切割过程中起到主要作用。此实验结果表明了主客体化学在DNA切割领域的应用性,同时为构建光敏型DNA切割体系提供了一种新的方法。