近年来离散的分子笼化合物因其在催化、分子识别及气体储存等方面的潜在应用吸引了很多研究人员的兴趣。在所有类型的笼中手性分子笼尤其重要,因为它具有独特的不对称纳米空腔,可用于不对称催化、手性小分子分离及手性识别等领域。本课题组之前报道了一系列面方向性分子笼状化合物,这是一种全新的构筑手性笼的方式,可将面构筑基元的二维手性传递到笼的三维手性,并展现出独特的组装行为和手性光学特性。然而目前已报道的面方向性分子笼由于溶解度和手性选择性调控的需求,均在面方向性构筑基元上修饰了较长的烷基链,使得笼内空间非常小,限制其主客体化学的发展及手性空间的进一步应用。此外,尽管基于非共价作用的分子笼化合物已被广泛研究,但由于其较大的极性以及非共价键的不稳定性,其分离提纯及其各种异构体的表征仍是一个挑战,鲜有报道。因此,本论文采用一类新的面方向性构筑基元,通过动态共价化学(DCC)构筑一系列“空心”面方向性分子笼,并对这些分子笼进行了详细的手性分离及表征。本论文综述了动态共价化学反应的种类,并详细介绍了常被用于构筑复杂超分子组装体系的动态共价化学反应,其中亚胺缩合反应是动态共价化学中应用最广泛的反应。此外,本论文还介绍了分子笼化合物构筑基元—氮杂三聚茚及其在组装和光电材料中的应用。最后在上述基础上提出了本论文的设计思路和研究内容:采用基于氮杂三聚茚的衍生物作为新型面方向性构筑基元,利用其烷基链与面基元近乎共平面的空间取向,首次设计、组装并表征了一系列基于亚胺缩合反应的“空心”面方向性分子笼。本论文的主要工作分为以下四个章节:在本论文中,我们设计并合成了两种新的基于三并咔唑(氮杂三聚茚)的面方向性构筑基元——TAT-CHO-1和TAT-CHO-2。这两种构筑基元的核心均为氮杂三聚茚(TAT),它是一种C3h对称刚性平面稠环芳烃分子。这两种构筑基元的不同之处仅在于其醛基的取代位置:TAT-CHO-1的醛基位于2,7,12,而TAT-CHO-2的醛基位于3,8,13,因此我们采用两种路线合成了这两种构筑基元。更重要的是,这两种面方向性构筑基元的烷基链几乎与氮杂三聚茚的芳香环共平面,因此这两种分子可作为构筑“空心”面方向性分子笼的构筑基元。在接下来的工作中我们发现,这两种三醛与二胺缩合形成的分子笼结构完全不一样。在第二章中,我们发现氮杂三聚茚间位三醛TAT-CHO-1和(1R,2R)-环己二胺的亚胺缩合反应得到[4+6]-八面体分子笼FRP-8。由于在分子笼FRP-8中氮杂三聚茚基元间仅通过亚胺端连接,失去了基于三聚茚体系分子内面构筑基元通过烷基链的范德华斥力相互作用,因此其成笼过程不存在非对映异构体选择性,得到理论预测的全部五种不同的“空心”面方向性异构体,即CCCC、CCCA、CCAA、CAAA 和 AAAA(C 为 clockwise 的缩写,A 为 anti-clockwise 的缩写)。我们用手性HPLC技术分离提纯了这五种异构体,并借助核磁谱和圆二色光谱确认了每种异构体的构型。这是首次通过一种非手性面构筑基元与一种手性顶点构筑基元通过“一锅法”得到全部五种不同的面方向性异构体。在第三章中,结构相似但醛基位置不同的TAT-CHO-2在亚胺缩合反应中呈现高度的非对映异构体选择性。TAT-CHO-2与(1R,2R)-环己二胺亚胺反应仅得到一种面方向性为AA的[2+3]-三棱柱分子笼R-FRP-9,核磁共振谱、圆二色光谱及单晶结构明确表征其结构信息。此外,TAT-CHO-2与(1S,2S)-环己二胺组装仅得到面方向性为CC的[2+3]-三棱柱分子笼S-FRP-9。单晶结构表明三棱柱的两个面之间存在π-π相互作用,我们推测π-π相互作用作为面方向性相互作用调控了组装过程的非对映异构体选择性。此外本工作发现FRP-9在晶体结构中呈现一维线状堆积,并且通过紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱以及循环伏安曲线得到FRP-9的HOMO、LUMO能级,并尝试将FRP-9可用于钙钛矿太阳能电池中的空穴传输材料。但由于FRP-9的面间距较小,其内部空腔无法包裹任何客体分子,因此在下章中采用尺寸更大的二胺构筑基元与面方向性三醛构筑基元进行组装。在第四章中,两种面方向性三醛构筑基元与萘二酰亚胺衍生物R-NDI-2NH2均组装成内部空腔更大的[2+3]三棱柱,但其非对映异构体选择性完全不同。通过手性柱的HPLC分析和核磁谱表征证明,氮杂三聚茚间位三醛TAT-CHO-1与R-NDI-2NH2亚胺缩合反应组装成CC、CA两种不同的面方向性异构体。有趣的是,氮杂三聚茚对位三醛TAT-CHO-2与R-NDI-2NH2亚胺缩合只得到CA构型的[2+3]-三棱柱分子笼,仍然具备高度的非对映异构体选择性。