官能团的引入是大环化合物性质扩展的主要途径之一，恰当的修饰不仅可以改变大环分子的物理、化学性质，而且可以使其拥有一些特殊的功能。相较于其它类型的大环化合物，柱芳烃的优点之一就是它具有较好的可修饰性。各类功能化柱芳烃的合成及相应的超分子体系的建立使得柱芳烃的应用领域变得越来越广。但是，目前柱芳烃功能化的方法还相对有限。就合成结构复杂、功能多样的柱芳烃而言，仍面临许多挑战。　　本论文通过发展柱芳烃功能化的方法，合成了多种具有独特结构和功能的柱芳烃，并开发了几类基于柱芳烃的新型超分子体系和功能材料。本论文主要包含以下几个研究主题:　　1.外缘氨基化柱[5]芳烃:相较于羟基，氨基在构型、电性及化学反应性等方面都有很大的不同。如果柱[5]芳烃的一对或多对烷氧链被氨基替代，那么，柱[5]芳烃固有的主-客体性质将发生极大的改变。此外，由于氨基的高反应活性，将使得该类柱[5]芳烃的功能化修饰更加方便。本研究中，作者合成了二氨基和四氨基取代的柱[5]芳烃，并通过进一步衍生化，合成了包括准[1]索烃、希夫碱类、脲类等结构新颖和性质独特的柱[5]芳烃衍生物。此外，作者还研究.了二氨基取代柱[5]芳烃的主-客体性质、准[1]索烃的翻转、脲类取代柱[5]芳烃对阴离子的识别以及二氨基取代柱[5]芳烃在单分子层二维材料构建上的应用。　　2.吡啶基化柱[5]芳烃:吡啶基是一种常用的配位基团，它能与多种金属离子通过配位作用形成较稳定的配位结构。本部分研究中，作者通过Suzuki及Sonogashira反应合成了二吡啶和四吡啶基取代的柱[5]芳烃，并利用二吡啶基化柱[5]芳烃制备了几个配位自组装超分子结构、构建了一种有机-金属凝胶体系，通过对四吡啶基化柱[5]芳烃的进一步衍生化合成了四吡啶鎓盐取代的柱[5]芳烃，并研究了其与阴离子的相互作用。　　3.柱[5]芳烃-冠醚偶联的双环主体:在本课题组先前关于柱[5]芳烃-冠醚偶联双环主体的合成及初步主-客体性质的研究的基础上，作者在本论文中进一步利用该双环主体构建了一个具有负协同作用的主-客体体系，并在此基础上设计、合成了三个结构独特的机械互锁分子([2]轮烷分子([2]rotaxane)，[2]索烃分子([2]catenane)及[3]轮索分子([3]rotacatenane))。