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多金属氧簇(polyoxometalates,简称POMs)是由前过渡金属元素(如钒、钼、钨等元素)在其最高氧化态形成的稳定金属阴离子簇。POMs具有丰富的化学成分和多样的拓扑结构,所以在催化、光、电、磁功能材料以及生物医药等方面有着诸多的应用价值和良好的开发前景。关于POMs的生物医药功能化研究,自从1971年法国科学家Raynaud等人首次报道了含硅和钨元素的POM(HPA-23)具有较好的抗病毒活性,一直都是POMs化学领域的一个重要关注点。其中,多钼氧簇由于对人体皮肤癌细胞、乳腺癌细胞、肺癌细胞等具有较好的抑制作用而被科研者广泛关注。然而,根据前人的工作,我们发现这种多钼氧簇细胞毒性相当大,在其杀死癌细胞的同时,正常细胞也将受到严重破坏。细胞毒性作为POMs药物研究的最大瓶颈,严重阻碍了其在生物医药领域的应用。由于多铝氧簇具有明显的抗癌活性,所以本论文的研究工作以Anderson型多钼氧簇作为研究对象,对其进行生物和有机功能化。我们希望通过生物配体和多钼氧簇两者之间的协同效应,可以突破“细胞毒性”这个POMs药物研究的瓶颈,同时在POMs其他的潜在应用方面也可以取得一定进展。我们希望通过对多钼氧簇潜在应用方面做出的有益探索,可以为POMs化学发展增砖添瓦。在本论文中,我们首先选择三羟甲基氨基甲烷(Tris)改性的Anderson型多钼氧簇(Tris-POM-Tris)作为课题的研究对象。多钼氧簇被发现具有很好的抗癌活性,然而其强的“细胞毒性”这个瓶颈极大的阻碍了POMs的药物研究。通过Tris的改性,我们分别在POM的两端引出了活性氨基,以进行进一步的生物配体改性。接下来,通过大量文献的查阅和充分的思考,我们分别选择了胆酸、去氢胆酸、胆固醇和二丙酮-D-半乳糖化合物作为生物配体,通过简单的酰胺化反应,以共价键的形式对Tris-POM-Tris进行功能化,取得具有潜在抗癌功能的杂化药物。我们希望POM两端的生物配体可以与癌细胞表面上的受体很好的相互作用,通过生物配体和POM两者之间完美的协同效应,使POM的“细胞毒性”具有只针对癌细胞的靶向性或位点专一性。通过EA、FT-IR、ESI-MS和1H NMR等表征方法,我们首先对所合成的杂化药物进行了详细的化学结构表征,然后以人体正常乳腺上表皮细胞系(MCF-10A)和人体乳腺癌细胞系(MCF-7和MDA-MB-231)来检验其抗癌细胞活性。实验结果显示,只有胆酸和去氢胆酸配体改性的POM对乳腺癌细胞显示出较好的靶向功能,即在杀死乳腺癌细胞的同时,对正常乳腺上表皮细胞则基本无“细胞毒性”。我们的工作很好的证明了突破“细胞毒性”这个POMs药物研究的瓶颈,合理选择改性POMs的生物配体是至关重要的。我们的工作克服了POMs对正常细胞较强毒性的缺陷,为实现POMs的抗癌药物研究提供了一个新的思路与有效途径。上述工作的结果显示,通过生物配体和POM两者之间完美的协同效应,设计合成的杂化产物不仅能够表现出原组分各自的性能,通过配体和POM性能上的相互取长补短,甚至可以展现出更加优异的性能,以便能够更好的应用于实际生活中。作为软材料的凝胶被广泛的应用于我们的日常生活中,例如日常使用的牙膏、果冻、胶水等。其中,包含胆固醇的凝胶由于具有构建功能软材料的应用前景,其作为基本构筑单元形成的水凝胶或有机凝胶被广泛研究,而这些凝胶形成的驱动力主要是氢键、π-π；作用力和分子间的范德华力等弱的作用力。因此,其热稳定性通常不是很理想,而这点一定程度上阻碍其作为软材料的实际应用。那么,接下来我们选择胆固醇功能化的多钼氧簇作为研究对象,希望其可以作为新型的杂化凝胶因子,通过胆固醇和POM分子内和分子间的协同效应,达到自增强的超分子自组装,取得高热稳定性的有机凝胶。在实验中,我们发现其在甲苯溶剂中可以很好的形成高热稳定性的有机凝胶,通过TEM、XRD、AFM等表征手段,我们深入研究了凝胶的超分子结构,并解释了形成高热稳定性有机凝胶的驱动力及机理。这一工作为提高凝胶热稳定性提供了一种新的方法学指导,促进了包含POM的凝胶功能软材料的发展。尽管通过生物配体或有机基团和POM两者之间完美的协同效应,可以取得性能更加优异的功能杂化产物,在生物配体和有机基团功能化Anderson型多钼氧簇的过程中,我们发现其功能化方法学依然比较欠缺,而对于其他POMs的有机改性方法学,尽管已经有了较多的方法,但是在实际运用过程中,却发现依然有相当多的障碍。如常规的酰胺化或酯化反应,取得的产物不易提纯,产率也比较低；偶联反应或1,3一偶极环加成反应,需要添加金属催化剂,其不易被完全除去,严重的影响杂化产物在生物医药方面的研究。因此,为POMs发明一类崭新的、高效的、简便的合成方法学,以实现生物配体或有机基团功能化的POMs是十分重要的,这样也能够很好的扩大POMs的应用范围。因此,我们选择Tris-POM-Tris作为研究对象,通过无金属的Diels-Alde点击反应方法,我们成功地将不同的生物配体、有机基团和树枝片分子对Anderson型多钼氧簇实施了有效的后功能化,并详细研究了影响点击反应的各种影响因素。点击反应可以在温和,不使用任何催化剂的条件下使用,并且保证产率大于90%,我们为结构精确可控的POMs后功能化提供了一种理想的方法学。