经典的超分子化学的发展形成了四代大环主体分子——冠醚、环糊精、杯芳烃和葫芦脲。新型大环主体分子的设计和合成,历来是超分子化学发展的主要推动力。近年来,杂原子取代经典杯芳烃桥连亚甲基而形成的杂杯芳烃成为超分子化学的研究热点领域。本论文在前期合成氧杂杯[4]芳烃的基础上,致力发展一系列衍生化方法,在氧杂杯[4]芳烃骨架上引入功能基团,在结构研究的基础上,实现阴离子识别和氢键自组装形成超分子聚合物的功能。本论文第一部分,我们通过在合成前体上引入不同的酯基取代基,改善氧杂杯[4]芳烃的溶解性,以利于后续的衍生化反应。在一步、高效、大规模合成氧杂杯[4]芳烃骨架的基础上,我们在催化氢化条件下还原硝基为氨基,发展了酰胺化、与异氰酸酯缩合和与醛基缩合三类反应,成功引入各种功能基团。进一步,通过水解酯基为羧基,随后与乙酰肼缩合,我们得到了四乙酰肼基衍生的氧杂杯[4]芳烃。我们还从不对称取代的前体出发,通过多步的片段偶联策略,选择性合成了对称取代的氧杂杯[4]芳烃。X-射线单晶衍射分析揭示了四酰胺氧杂杯[4]芳烃固态下采取椅式构象,这是氧杂杯[4]芳烃家族首例椅式构象。本论文第二部分中,我们发现四酰胺基氧杂杯[4]芳烃不能识别对常见阴离子,这可能是由其特殊的椅式构象所引起的。核磁共振和紫外-可见光谱证实了四脲基氧杂杯[4]芳烃能络合阴离子F^-、Cl^-、Br^-、I^-、Ac^-和HSO₄^-。紫外-可见光谱Job曲线揭示大环主体和阴离子客体在氯仿中的络合比为1:1,滴定实验测得结合常数在10⁴-10⁵数量级。最后通过一维核磁氢谱初步判定,四乙酰肼氧杂杯[4]芳烃在氯仿溶液中可以形成稳定的超分子聚合物。