一般认为，螺旋体的形成要求配体有足够的柔性使配体能够绕过螺旋轴，同时要求配体有足够的刚性防止配体的配位点结合到一个金属上。具有对称结构的双双齿Schiff-base配体，合成相对的容易，能灵活地选择各种胺类以及带有羰基的不同醛或酮反应物进行反应。改变连接的取代基，变化给予体原子配位特性及其位置，便可设计出许多结构多变的双双齿Schiff-base配体，从而使系统研究金属螺旋体的组装及其规律成为可能。 我们选用水杨醛及其衍生物为原料，通过与不同的二胺类形成双双齿的配体，并使之与四配位的CuⅡ和六配位的FeⅢ作用，形成双螺旋和三螺旋体，研究其组装过程及其影响因素。构筑螺旋型配合物一般用双双齿配体，对于双螺旋分子，我们选择了具有四面体配位构型的Cu(Ⅱ)离子，它和两股双双齿配体配位。而桥联两个金属中心的基团当中的亚甲基CH2，使得配体有足够的柔性因而能够绕过螺旋轴，同时该基团两边的苯环又使配体具有足够的刚性防止配体的配位点结合到一个金属上，故而能形成双螺旋结构。 对于三螺旋分子的构筑，我们选择了具有八面体六配位构型的Fe(Ⅲ)离子，它和三股双双齿配体配位得到三螺旋体。令我们感兴趣的是，在配体L8中桥联两个金属中心的是N-N链，与配体L1-L7中的基团(R=CH2，O和SO2)不同的是，配体L8两个配位位置直接相连，具有较强的刚性，似乎不满足形成螺旋体的要求，可是它与金属仍然能够形成螺旋体。这是因为，在金属螺旋体的自组装中，由于螺旋性要求所有的金属中心必须具有相同的螺旋指向，所以配体只要能够把手性传递给金属就可以形成螺旋体。由于配体一金属的配位作用和配体间的π-π相互作用的协同作用，配合物以严重扭曲的三螺旋结构存在。所以决定结构是否真正具有螺旋性除了所包括的金属离子的性质和配位的几何构型外，结合位点的隔离基团必须有利于分子链间而不是分子链内的结合，有利于一个金属中心相对于下一个中心的旋转。 可以预见，随着配体链的加长，配体的柔性加强，其绕过螺旋轴，与金属离子形成螺旋体似乎变得更为容易。然而另一种可能性也出现了，随着配体链的增长，使得螺旋体中的空洞也增大了，可能使原本应该形成螺旋的配体从中穿插，或是两端的配位原子配位到了同一个金属离子上，从而无法得到预期的螺旋结构。在配体L11中用-OCH2CH2O-替代了前面一些配体L1-L7的-R-，作为间隔基团，增加了配体的柔性。使两个双齿可以改变它们的距离，从而对配体的配位有很大的影响。但另一方面，间隔基团还没有长到可以使同一个配体的双双齿配位到同一个金属上，使两个AgN2面互相垂直，从而达到四面体构型单核配合物的必要条件。配体的间隔基团柔性的-OCH2CH2O-加长后，会形成这种“开放式”无限单螺旋结构，而不是双螺旋结构，是因为间隔基团中-OCH2CH2O-的折叠使得两端的苯环和吡啶环严重扭曲，不利于形成双螺旋结构。 对称双核金属配合物长期以来是人们研究与混合价氧化态有关的现象感兴趣的课题之一。当两个氧化还原活性金属中心通过桥联配体连接或者通过金属金属键直接相连时，其中一个金属的氧化还原电位就会受到另外一个金属的氧化态所影响。当桥联部分是单个原子、单个键或者是含有共轭不饱和键的分子时，电荷就有可能在两个金属中心离域。比如，一种可能是，第二个基团在热力学上比第一个基团难于氧化或还原，循环伏安波就会分裂为两个独立的单电子过程；另外一个可能是，第二个电子转移过程在热力学上就会比第一个容易，形成一个双电子过程，可以通过有30mV宽的单个循环伏安波来证明。另一方面，如果价态是固定或者两个基团是远离的，则循环伏安谱图明显不同于从简单的单电子偶合得到的谱图。后者，其电子静态地分布在各个氧化还原基团上。然而，如果两个氧化还原基团离得很近，即使电荷是完全定域，基团之间也有可能产生相互作用。这种作用是静电的，是通过空间产生，而不是通过原子之间的键产生。然而，很少有能说明这种事实的例子。为了确保金属之间不是通过价键之间相互作用的，必须至少要有一个CH2-CH2单元(或者一些等效的饱和单元)，因此这样的金属配合物基团之间距离是相当远的。在典型的电化学条件下，由于介电常数比较高，静电位随着1/r的增加而降低，因此基团之间通常是远离的，因而没有产生相互作用。 由于金属离子的d电子所在的d轨道能与π-受体有效重叠，因此金属在一定程度上通过共轭桥联配体发生离域。一个金属中心被氧化后，电子密度通过桥联配体传递到另一个金属中心而发生改变。第二个金属离子会感到额外的正电荷因而比第一个更难于氧化。萘环比苯环更能有效的接受金属离子d轨道的反馈π键的电子，分散电荷，更有效的产生轨道重叠，因而与它所配位的金属就较难氧化。对位上有羟基的苯环，由于醌式共振对配体结构有所贡献，电子可以从一端传递到另一端，更能有效的分散金属离子d轨道的反馈π键的电子，因而与其配位的金属也难于氧化，但是它对金属第二个氧化还原电位值的影响不如萘环的影响大。桥联配体的刚性和配合物的结构对金属金属之间的相互作用有着很大的影响。三螺旋双核铁的两个金属之间的相互作用(△E值)的差别不如双螺旋双核铜的明显，这是因为形成了三螺旋配合物后，整个配合物分子的刚性骨架对其影响所致。我们可以通过外部的调控，如桥联配体的构型和配合物的结构，来改变和控制电子的长程相互作用。这些构成了分子开关以及分子导线的基础，是构建分子器件的第一步，因为集成电路本质上就是许许多多开关有机集合的体系。利用紫外可见光谱滴定法来研究螺旋体的配位比以及计算螺旋体的平衡常数，并探讨了螺旋体混合价氧化态金属之间的相互作用。 超分子化学的概念发展深化了两个重要的概念，一是分子间弱的相互作用通过加和及协同效应而形成强的分子间作用力，其强度可以达到或接近共价键的水平，因此可以得到稳定的超分子体系。另一个重要的概念是通过组装过程可使超分子体系具有新的特性。由于每一种分子间作用力是弱的，这使其具有丰富的动力学特征，蕴藏着丰富的信息内容。超分子构筑单元之间的相互作用力的方向及强度对于超分子聚集体的构筑起着关键作用。分子间氢键，π-π堆积相互作用，以及金属配位作用已经广泛用于构筑大的多组分聚集体。氢键是一种非常重要的方向性相互作用力。在晶体工程中它显示愈来愈重要的作用。分子间通过非共价键的弱相互作用力不仅可形成超分子化合物，而且按照作用力类型和方式的不同可以为超分子构筑提供理论基础和实际模型。分子间能否通过弱相互作用力形成超分子化合物取决于分子间的互补性和约束条件。互补性是指分子间的大小、形状和电子结构等因素的一致性，是能量和电荷的相容性。约束条件包括拓扑结构(指配体结构上的连缀性)和刚性(指配体结构的柔曲性)。互补性为分子构成超分子提供了必要的条件，约束条件则加强了分子通过弱相互作用力形成超分子。 通过π-π堆积作用来设计二维孔道，以及通过π-π堆积作用和氢键作用来设计三维多孔框架。许多的开式多孔框架由于它们之间相互穿插，使得客体分子很难进入其中；或是由于很强的主客体相互作用，一旦将客体分子除去或者交换，都会导致主体框架的坍塌。我们通过控制溶剂分子的模板作用，使金属螺旋体连接为二维孔道结构，在经历了溶剂交换以及将孔道中的客体分子除去后，主体框架仍然没有坍塌而保持其完整性。在加热、冷却和饱和的循环过程中保持不变，并且能选择性地吸收客体分子。表明这些具有二维孔道的三螺旋金属配合物在催化、生物和材料科学有着重要的应用。此外还同时利用π-π堆积作用和氢键来形成一个具有很大空腔的三维多孔框架，实验表明在除去空腔中中客体分子时框架仍然保持其完整性。分子间氢键，π-π堆积相互作用，以及金属配位作用已经广泛用于构筑大的多组分聚集体。