二茂铁基取代吡啶因其独特的分子结构和出色的电化学可逆性引起了科学家们的广泛关注。近年来,这类π-共轭的有机金属化合物在催化、分子器件、液晶材料等研究领域有着广泛的应用。已报道的二茂铁基吡啶衍生物大多数都只含有一个二茂铁基团,极少数吡啶衍生物含有两个或多个二茂铁取代基,有关多二茂铁基,特别是吡啶环上还带有其他取代基的多二茂铁基吡啶衍生物的合成和电化学性质方面的研究相对较少。基于这个原因,我选择了这一课题作为博士论文研究内容。传统的二茂铁基取代吡啶合成方法是以卤代吡啶为母体与二茂铁基锂/锌/锡/汞等金属盐中间体或二茂铁炔烃进行Suzuki、Sonogashira、Stille和Negishi等偶联反应得到目标化合物。然而,经典的偶联反应大多需要前期制备金属盐中间体,合成步骤多,耗时长,成本高,并且很难实现吡啶环上不同官能团指定位置的同时取代。炔-腈[2+2+2]环加成反应是获得吡啶衍生物的一条原子经济的合成路线。本论文以二茂铁乙炔和乙腈/苯甲腈为原料,在羰基钴催化下,通过[2+2+2]环加成反应合成了四种二二茂铁基吡啶衍生物:2-甲基-4,6-二二茂铁基吡啶(2-CH3-4,6-Fc2-C5H2N,1)[Fc=Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5)]、2-甲基-3,6-二二茂铁基吡啶(2-CH3-3,6-Fc2-C5H2N,2)、2-苯基-4,6-二二茂铁基吡啶(2-C6H5-4,6-Fc2-C5H2N,3)、2-苯基-3,6-二二茂铁基吡啶(2-C6H5-3,6-Fc2-C5H2N,4)。在获得1-4的同时,也分离出副产物1,2,4-三二茂铁基苯(1,2,4-Fc3-C6H3,5)。以化合物3-4的合成反应为模型,选择了五种钴系催化剂:钴粉、Co Cl2、Co2(CO)8、Cp Co(CO)2、Co2(CO)6(μ2-η2-Fc C≡CFc),系统研究了反应物投料比、反应溶剂(有机溶剂和超临界二氧化碳溶剂)、反应温度和时间对催化活性和选择性的影响。本论文优化出的最佳反应条件为:催化剂Cp Co(CO)2(15 mol.%),二茂铁乙炔:苯甲腈=1:6,溶剂为甲苯,回流反应5h。本论文利用优化的反应条件,考察了1,4-二二茂铁基-1,3-丁二炔与乙腈/苯甲腈的环加成反应,成功地将乙炔基引入到二茂铁基和吡啶环之间,得到了四种新型二二茂铁基二二茂铁乙炔基取代吡啶衍生物:2-甲基-4,6-二二茂铁基-3,5-二二茂铁乙炔基吡啶[2-CH3-4,6-Fc2-3,5-(Fc C≡C)2-C5N,6]、2-苯基-3,6-二二茂铁基-4,5-二二茂铁乙炔基吡啶[2-C6H5-3,6-Fc2-4,5-(Fc C≡C)2-C5N,7]、2-苯基-4,6-二二茂铁基-3,5-二二茂铁乙炔基吡啶[2-C6H5-4,6-Fc2-3,5-(Fc C≡C)2-C5N,8]、2-苯基-3,5-二二茂铁基-4,6-二二茂铁乙炔基吡啶[2-C6H5-3,5-Fc2-4,6-(Fc C≡C)2-C5N,9]。二茂铁基衍生物具有理想的电化学特性,已知的多二茂铁基取代吡啶或苯衍生物的电化学性质与其结构有着密切的联系,这意味着二茂铁基衍生物的电化学性能可用于推测其分子结构。由于位置异构体7-9的光谱学数据不足以确定分子中二茂铁基和二茂铁乙炔基在吡啶环上的准确取代位置,本论文首次利用化合物的分子结构与电化学数据之间的关联,确定了化合物7-9的分子结构。推测了Cp Co(CO)2催化剂对1,4-二二茂铁基-1,3-丁二炔与腈反应的催化反应机理,并解释了反应产物的取代位置选择性。另外,本论文以二茂铁乙炔钴簇Co2(CO)6(μ2-η2-Fc C≡CFc)为催化剂前体与1,4-二二茂铁基-1,3-丁二炔进行了环加成反应,得到了两个新的取代苯衍生物1,3,5-三二茂铁基-2,4-二二茂铁乙炔基苯(1,3,5-Fc3-2,4-(Fc C≡C)2-C6H,10)和1,2,4-三二茂铁基-3,5-二二茂铁乙炔基苯(1,2,4-Fc3-3,5-(Fc C≡C)2-C6H,11)。利用元素分析、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等分析测试手段,对所合成化合物的分子组成和结构进行了表征,用X-射线单晶衍射技术测定了化合物1,3,4,6和10的分子与晶体结构。采用循环伏安和方波伏安法对多二茂铁基吡啶衍生物1-4和6-9的电化学性质进行了分析。研究发现,吡啶衍生物分子中的二茂铁基可分别被氧化,循环伏安曲线的裂分和氧化电位差(?E1/2)的大小与中心吡啶环上取代基的类型和相对位置有关,二茂铁基之间的相互作用是静电相互作用。五二茂铁基取代苯衍生物10和11的循环伏安和薄层循环伏安实验证明,苯环上五个二茂铁基在电极上发生了一电子、两电子、两电子的氧化还原过程。