超分子化学是研究分子尺度之上、通过非共价或可逆共价相互作用形成分子组装体的科学,生命体系中的DNA、蛋白质等都是高度复杂、功能化的组装体。揭示组装基元间相互作用本质、组装过程物理化学性质和组装机理对理解生命体内组装行为、实现分子可控组装及其功能化具有重要意义。本论文分别从构建新组装体系和发展新表征方法两个角度开展工作,一方面采用新组装基元构建新组装体系——面方向性分子多面体,另一方面发展可用于表征复杂组装体系的原位表征方法——微流控核磁芯片技术。第一部分工作借鉴了数学和生命体系中的面方向性多面体概念,设计合成了一系列具面方向性分子八面体,成功将面方向性构筑基元的二维手性传递至分子多面体的三维手性,并实现分子多面体面方向调控。本论文中采用C3对称的三聚茚衍生物作为面方向性构筑基元,通过动态共价化学与各种邻位二胺组装成[4+6]分子八面体。当乙二胺(非手性)作为分子八面体的顶点构筑基元,经过核磁、手性分离、圆二色光谱和单晶结构确认组装产物中仅存在(CCCC)-1和(AAAA)-1两种异构体,其摩尔椭圆率是目前文献报道中最大的摩尔椭圆率。若顶点基元换为手性(1R,2R)-环己二胺,高温下组装反应得到热力学产物;室温下反应陷入动力学势阱,得到动力学产物。实验结果和理论计算均表明,三聚茚骨架的丁基链相互作用是导致单方向性异构体(CCCC和AAAA)结构比其他异构体稳定的主要原因。若三聚茚烷基链取代基较短(甲基或乙基),产物为一系列分子八面体异构体的混合物,不存在异构体选择性。此外,本论文还报道了分子八面体的手性自整理现象,即当顶点构筑基元为消旋手性二胺(环己二胺或二苯基乙二胺)时,与面构筑基元(三聚茚衍生物)的组装过程存在高效手性自整理过程,仅得到的6RAAAA和6SCCCC两种分子八面体,这两种产物的顶点构筑基元手性相同,不存在相反手性顶点在同一个多面体。手性顶点构筑基元间发生高效“自我识别”,仅与相同手性的顶点基元进行组装。理论计算表明手性自整理过程由热力学驱动。第二部分内容是发展新的原位表征方法,即微流控核磁技术。此技术采用的微流控芯片及管路均通过激光刻蚀PMMA板得到,厚度小于1mm;与商用核磁仪连用的探头通过改装商业探头得到;使用的射频脉冲线圈结构为微带线。采用此装置可实现原位高分辨核磁谱,拟用于表征复杂组装体系及其动力学。