在超分子化学中,瓜环(Q[n]s or CB[n]s)是具有刚性空腔的典型大环主体分子。通常瓜环与荧光分子形成复合物,可显著改变荧光分子的光学性质。例如,瓜环家族中的八元瓜环可以在其空腔内结合2个客体分子(如荧光分子)并产生明显的荧光变化。本文考察了七、八元瓜环与线性吡啶基荧光分子间的相互作用,主要包括以下内容:1.通过荧光法监控七元瓜环与不同长度的直线型吡啶基荧光分子形成类轮烷的过程。合成了一系列具有推拉电子效应(A-D-A)的线性π-共轭水溶性吡啶基荧光分子。在水溶液中,通过分析其与七元瓜环的相互作用发现一个动态序列可调的[2]类轮烷向[4]类轮烷转变并伴随荧光信号明显增强的过程。尤其是其末端脂肪链的长度在控制超分子自组装的过程中具有重要的作用。同时,研究结果显示七元瓜环的疏水性空腔以及端口的羰基氧有利于Q[7]与客体分子形成不同的包结模式从而改变客体分子的荧光发射。2.通过荧光法监控八元瓜环与不同长度的直线型吡啶基荧光分子形成类轮烷的过程。本章合成了一系列动态2:1、2:2、2:3和1:2“U型”折叠(客体/Q[8])的自组装模型。最重要的是,可以通过实时原位监测或裸眼观察来区分不同的主客体包结模型。此外,还利用荧光寿命协助表征Q[8]与客体的组装方式。例如,荧光寿命的变化规律与荧光光谱及核磁共振光谱所证实的主客体组装模型完全吻合。这表明荧光衰减时间可能具有表征Q[8]-发色团体系的包结模式的潜力。进一步研究表明不同模型间可发生相互转化。利用此原理设计出用于检测精胺和亚精胺的荧光探针。3.通过荧光法监控八元瓜环与不同长度的曲线型吡啶基荧光分子形成类轮烷的过程。我们研究发现当芳环吡啶阳离子共轭部分带有位阻基团如甲基时,其可以作为“刹车”减缓或阻止Q[8]在客体分子上的滑动。本章研究进一步发现当π-共轭部分带有更大的位阻基团或转变为某些曲线型时,Q[8]不能在客体分子上自由滑动。研究结果表明Q[8]与客体分子最终形成1:1的超分子线性聚合物。该系列组装过程同样可以被荧光实时监测和裸眼观测。