对于特定的分子和材料,通过搭建良好的构效关系实现性质的调控一直是研究的前沿热点。极性官能团作为功能化的位点引入到相关的结构中会改善对应分子和材料的性质,本论文主要针对极性官能团所具备的构效关系,围绕三种极性的官能团(O=S=O,P=O和C=O)在席夫碱大环、有机分子笼和有机金属框架(MOFs)三个方面进行了相关工作,包括后修饰衍生出抗菌性质增强的砜官能团化的希夫碱大环配合物、P=O键分割和修饰的磷酸酯有机分子笼和羰基修饰的吸附性能增强的MOF。每一章节具体的研究结果如下:第一章:绪论。本章结合全文的主要工作内容对席夫碱大环配合物和两种多孔材料(MOFs和有机分子笼)进行了相关内容的综述。首先以大环化学和超分子化学的视角介绍席夫碱大环配合物,在底物的选择上需要注重席夫碱大环配合物的二醛前驱体和二胺前驱体的选择,在控制合成的策略上有非模板法和模板法,这些细节的调节有助于我们合成结构多种多样、性质用途广泛的希夫碱大环配合物。金属有机框架材料作为近些年发展较为成熟的多孔材料,我们介绍了其吸附CO2气体的研究现状以及增强CO2吸附性能的一般策略,成熟的策略主要包括开放的金属位点和引入极性官能团等。作为新兴起的多孔有机分子笼,我们回顾了多孔有机分子笼的发展以及合成策略,它们在底物的设计选择上多采用120°三官能团的化合物,反应中多利用动态可逆共价键进行构筑。第二章:含极性官能团砜(O=S=O)单元的[2+2]Schiff-base大环Zn(Ⅱ)配合物的构筑及其抗菌性质研究。本章基于我们组报道的扩展二醛策略,以在席夫碱大环配合物中引入杂原子为目标,设计合成了全新的硫桥扩展二醛,同时得到了硫桥大环席夫碱Zn(Ⅱ)配合物,由于易于氧化的醛基和酚羟基经过席夫碱反应和配位作用得到转换和稳定,硫桥席夫碱大环配合物可以在氧化剂作用下实现后修饰得到砜桥的席夫碱大环配合物;对于砜桥席夫碱大环配合物,双生物活性位点的引入经过抗菌实验的证明可以增强化合物的抗菌活性。第三章:极性P=O键的引入对[2+3]Schiff-base多孔分子笼的分割和功能化作用。通过分割的策略实现孔尺寸的控制在MOF和COF被证明可以提高气体的吸附选择性,我们设计了磷酸酯三醛并构筑了 P=O键朝内的[2+3]有机分子笼,在有机分子笼当中成功地实现了空腔的分割和功能化,单晶结构暗示其尺寸经过分割之后适合CO2而不匹配CH4,吸附测试也表明可以实现CO2/CH4的高选择性吸附,进一步理论计算结果也证明了P=O的分割和极性因素对CO2选择性吸附的积极作用。第四章:[4+4]Schiff-base多孔磷酸酯分子笼的构筑。磷酸酯三醛作为柔性的三醛通过动态可逆的亚胺键还可以构筑成[4+4]有机分子笼,因为三个苯环具有不同取向分子笼中P=O键没有指向笼子中心,吸附测试表明也能展现出一定的CO2/CH4选择性吸附。第五章:基于极性C=O桥连的双间苯二甲酸Cu-MOF的合成及其吸附性能研究。在MOF结构当中极性官能团是一种常被引入的功能化位点来改善其气体吸附性能,我们设计合成了极性羰基修饰的Cu-MOF,结构上具备开放Cu(Ⅱ)位点指向中心的菱方八面体和羰基修饰的孔道,吸附测试表明羰基修饰的MOF在1 bar和77 K下具有优异的H2存储能力(2.8 wt%),在273和298 K下其CO2吸附能力也非常优秀,分别为(46.7 wt%和21.8 wt%),CO2/CH4和CO2/N2的选择性分别为 4.9-5.4 和 14.7-19.7。总之,基于极性官能团的功能化作用,我们成功地将三种极性官能团(O=S=O,P=O和C=O)分别引入到席夫碱大环、有机分子笼和金属有机框架中,它们的引入对于对应的性质均能起到积极的增强作用,我们相信这种良好构效关系的建立对于新型功能化分子和材料的设计与合成能给予了极大的启发作用。