超分子化学的发展与大环化学的研究和发展息息相关,每一类经典大环分子的出现都极大地推动了超分子化学的快速发展。1967年第一代大环分子-冠醚的发现,引爆了科学家对超分子化学的研究兴趣,到目前为止一共发展了冠醚、杯芳烃、环糊精和葫芦脲四代大环分子,它们在分子识别、荧光传感、纳米技术、药物的控制释放和超分子聚合物等领域得到了深入的研究与应用。柱芳烃是一种新型的大环分子,具有特殊的分子结构和良好的主客体化学等性质,自从2008年被报道以来已经受到了超分子化学家的持续关注,并逐渐成为超分子化学研究和发展的热点之一。为了进一步探索和运用柱芳烃的性质,本论文将通过以下四个方面阐述柱芳烃与探针分子的主客体络合及自组装行为等性质。在第一部分工作中,我们成功构建了基于羧酸阴离子型的水溶性柱[6]芳烃和四苯乙烯衍生物的主客体络合物。四苯乙烯衍生物分子在低浓度的水相中几乎没有荧光,但是当加入柱[6]芳烃时,由于四苯乙烯衍生物分子的苯环旋转被抑制,非辐射跃迁禁阻,因此其荧光增强。基于柱[6]芳烃与四苯乙烯衍生物分子的主客体络合物可以作为荧光探针去检测剧毒化合物百草枯。进一步我们观察到柱[6]芳烃与四苯乙烯衍生物分子形成的络合物在水相中组装为有趣的车轮状结构,而单独的四苯乙烯衍生物分子在水相中组装为胶束。我们期望这种基于主客体诱导分子发光机理能够在功能材料、荧光生物成像、超分子化学组装等方面得到应用与发展。在第二部分工作中,我们设计合成了简单的水溶性半胱氨酸分子探针,其可以插入到羧酸阴离子型的水溶性柱[5]芳烃的空腔当中,形成稳定的络合物。由于柱[5]芳烃空腔的疏水作用及位阻效应,主客体络合物对半胱氨酸不具有响应性；当调节pH低于6时,半胱氨酸分子探针与柱[5]芳烃的主客体作用消失,半胱氨酸分子探针在微酸环境当中被释放出来,恢复了其原有的识别半胱氨酸特性,从而达到了对半胱氨酸分子探针的控制释放,实现了模拟肿瘤细胞特定环境的专一性控制释放。在第三部分工作中,我们设计并合成了一种基于柱[5]芳烃／三甲铵盐阳离子的AB型单体,其结构中包含的席夫碱基团可以专一性络合铜离子。单体在高浓度情况下可以自组装形成线型的超分子聚合物,当向其中加入二价铜离子时可以形成交联的超分子聚合物网络。凝胶的形成过程同时伴随聚合物颜色由黄色变为深红色,且荧光猝灭,使得该体系不仅从微观上达到了对铜离子的识别,而且从宏观上使我们清楚地观察到对铜离子的响应性过程。在第四部分工作中,我们利用羧酸阴离子型水溶性柱[5]芳烃和10-甲基吖啶构筑了一个弱荧光的主客体络合物,其可以作为一个荧光增强型探针去识别剧毒化合物百草枯。调节pH小于6时,柱[5]芳烃与10-甲基吖啶之间的主客体作用消失,10-甲基吖啶被释放且荧光增强,继续向溶液中加入氰离子时,荧光由绿色变为蓝色,从而实现对氰离子的识别。我们期望这种基于主客体作用机制的多重响应性荧光探针设计机理能够很好地应用于其它实际领域。