在探索微观世界中,化学家们正试图探索纳米的世界,实现利用单分子或者超分子体系来模拟并最终替代宏观世界中的许多过程,从而实现机器的纳米尺寸化。轮烷型分子机器正是在这样一个背景下受到广泛关注的。作为一种超分子体系,该机器其各组分之间存在着较弱的相互作用(比如氢键、疏水-疏水作用等)。当体系受到外在的某种刺激(比如酸碱变化、吸收光子、电子的得失等),体系的结构会发生某种变化,导致分子组分间原有的作用发生改变,从而致使各组分之间发生相对的、类似于机械运动的某种热运动,并产生某种可供检测的信号变化。轮烷由环状组分(主体)和哑铃状的链状分子(客体)通过弱的相互作用联系在一起。其中,链状分子的两端是两个大的封端基团,以保证环状组分不会从链上脱落。当改变外在某种条件后,主客体之间的作用力发生变化,从而导致环状分子的旋转或者在客体分子上位置的变化。根据现有研究成果和进度,本论文的研究内容主要包括以下四个方面：在第一章中,概述了超分子化学的概念以及分子机器在超分子化学中的重要地位,介绍了受到广泛关注和研究的以准轮烷(pseudorotaxane)、轮烷(rotaxane)以及索烃(catenane)为基础构建的分子机器；以轮烷型分子机器为例,介绍了现有的外界驱动因素,包括离子调控、酸碱调控、电化学调控、光学调控和溶剂调控等；最后举例说明了分子机器在纳米领域、生物领域以及催化领域的应用。第二章,我们构建了独具特色的分子机器--分子梭。三个识别位点分别是P=O、二苄胺和脲基。根据目前的研究报告,我们有理由认为P=O官能团是首次被应用到分子机器的研究中。通过pH调控和阴离子调控我们实现了环状组分在三个识别位点之间的穿梭,并利用一维核磁、二维核磁、晶体结构解析和理论计算等多种方法证明了该分子梭的合成和调控。在第二章工作的基础上,第三章我们调整了三个识别位点的连接顺序,即脲基识别位点位于P=O和二苄胺之间;同时我们在客体分子的一端引入三个长烷基链。一维核磁、低分辨质谱证实了该轮烷的成功合成。目前我们正在研究该轮烷的成胶性质。由于胍基具有非常好的离子识别功能,并且在生物、药物方面有着非常广阔应用前景,结合我们课题组的研究特色,第四章的工作中,我们设计了客体分子上含有胍基,主体分子是含膦氧基团的冠醚的轮烷,目前主体分子的合成已经完成,而客体分子的合成也取得了初步的进展。综上所述,本论文合成了基于P=O、二苄胺和脲基的轮烷,并对其调控性质进行了深入研究；同时通过增加轮烷分子中有利的成胶因素,探索其在凝胶方面的应用；此外,我们还开始将胍基引入轮烷分子中。这些都为后续研究工作的开展作了一定的铺垫。