杯芳烃作为第三代主体分子一个重要的特征就是可以在上沿、下沿、酚羟基间位、亚甲基、杯芳烃骨架等多个反应活性点位置进行化学修饰，成为具有预组织结构的主体分子。近年来，人们对氮杂杯芳烃的研究较多，氮杂杯芳烃衍生物的选择性修饰及其与金属配合物的合成和应用日趋成熟，在分子识别、生物酶的模拟、离子响应、相转移以及催化有机反应等许多领域得到了广泛的应用，但对功能性的转化的研究却很少。本论文研究了多种功能化的氮杂杯芳烃及其与金属离子的反应性，并研究了部分配合物的晶体结构以及催化性质，主要研究内容如下：一、水溶性的杯[4]芳烃配体[H₄L]I₄（1, H₄L=[5,11,17,23-tetrakis（trimethylammonium）-25,26,27,28-tetrahydroxycalix[4]arene]）与过量NaOH反应得到部分去质子化产物[H₂L]I₂·2MeCN·MeOH·H₂O （2·2MeCN·MeOH·H₂O）；该产物与醋酸铜在甲醇和水混合溶液中反应得到单核铜配合物[Cu（II）L（H₂O）]I₂·Et₂O·7H₂O（3·Et₂O·7H₂O），Cu（II）中心原子与杯[4]芳烃下沿的四个O原子配位，形成一个D4d对称的碗状阳离子结构，又进一步与水分子中的一个O配位形成四方锥构型。配合物3能够在全水介质中催化2,6-二甲基苯酚的氧化聚合，并表现出良好的催化性能及单一的C-O偶联反应选择性。考察了碱和乳化剂的用量、反应温度、反应时间以及单体与催化剂比例等对催化活性的影响，并研究了催化剂的循环利用，对所得到的聚苯醚进行了IR，¹H NMR，13C NMR，热重分析，探讨了可能的催化反应机理。二、通过杯[4]芳烃与m-pyridyldiazonium chloride的偶联反应得到五种不同取代的偶氮吡啶杯[4]芳烃5-（m-pyridyl）azo-25,26,27,28-tetrahydroxycalix[4]arene （4）5,11-bis[（m-pyridyl）azo]-25,26,27,28-tetrahydroxycalix[4]arene （5）5,17-bis[（m-pyridyl）azo]-25,26,27,28-tetrahydroxycalix[4]arene （6）5,11,17-tris[（m-pyridyl）azo]-25,26,27,28-tetrahydroxycalix[4]arene （7）5,11,17,23-tetrakis[（m-pyridyl）azo]-25,26,27,28-tetrahydroxycalix[4]arene （8），并通过元素分析、红外和¹H NMR，¹³C NMR等对化合物4-8进行了表征。二取代偶氮吡啶杯[4]芳烃配体5和6与金属镉盐反应得到了两个不同结构的金属镉配合物[Cd₂(H₃L²]₂（DMF）8]（ClO4）2·MeOH （9·MeOH）和[Cd(H₄L₃]₂]（NO₃）₂（10）。化合物9中每个Cd与来自两个不同配体吡啶基上的两个N原子，以及来自四个DMF溶剂分子中的四个O原子六配位形成八面体构型。两个Cd（II）原子通过同一个杯芳烃配体上两条偶氮吡啶长臂桥联形成一个双核结构。化合物10中Cd原子与四个不同配体中四个吡啶N原子配位形成2D框架结构，进一步揭示取代基位置对于金属结构的影响。三、碱式碳酸铜、1,3-bi（4-pyridyl）propane （bpp）与4-iodotoluene或p-diiodobenzene在氨水中溶剂热反应分别得到2个[Cu₂I₂]簇配位聚合物{[Cu₂I₂（bpp）2]·4p-toluidine}n（11）和{[Cu₂I₂（bpp）2]·p-diiodobenzene}n（12）。11和12中，每个Cu（II）中心原子与两个配体上的N原子以及两个μ–I原子配位形成一个四面体构型。每个菱形的[Cu₂I₂]单元可以被看做是一个线形的有两个连接点的结构，进一步通过两对bpp配体与相邻部分作用，沿c轴方向延伸形成一个一维双链，一维双链进一步通过C—H…π作用形成二维平面结构。溶剂的不同使11和12的28元金属大环的尺寸和结构都有明显差异，进一步揭示了溶剂对于配位聚合物组装和结构的影响。