小分子与DNA相互作用的研究有助于人们从分子水平上了解生命现象的本质，在化学及生命科学中具有重要的理论意义和潜在的应用价值。含氮杂环上可导入多个含配位点的侧链，所以含氮杂环衍生物与许多金属离子形成动力学和热力学都相对稳定的配合物，此类配合物在生理pH条件下可作为许多酶的模拟物。本论文重点研究了1，4，7，10-四氮杂环十二烷(cyclen)的衍生物为配体的若干配合物作为金属人工核酸酶的性质。　　首先，合成了配体(1)1，4，7，10-四(异丙醇基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷(THP)、(2)1，4，7，10-四(羟乙基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷(THED)和(3)1，4，7，10-四(乙酰胺基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷(DOTAM)，得到了三个配体与钴、锰的配合物晶体结构，用元素分析、电喷雾质谱、红外光谱等方法表征了配合物。四氮杂环的侧臂不同对配合物的结构有一定影响，DOTAM与锰的配合物是六配位，两个未配位的侧臂没有远离金属中心，THP和THED与钴和锰、DOTAM与钴的配合物是七配位，配合物中有一个未配位的侧臂远离金属中心。XPS和质谱实验结果验证了THP和钴、锰形成的配合物中有一个配位羟基发生了去质子化，使二价的钴和锰变成了三价，未配位侧臂的手性与配位侧臂的手性不同。　　运用圆二色光谱、紫外可见光谱、熔点测定、粘度分析、荧光分析等方法重点研究了THP与钴及锰的配合物和CT-DNA之间的结合方式，结果表明:配合物是以沟面结合方式与DNA相互作用的。用凝胶电泳方法研究了配合物切割质粒DNA的性质，无论有无还原剂，有氧条件下配合物浓度达到微摩尔级时，即可氧化断裂pUC19 DNA，切割过程中，羟基自由基和单线态氧等活性氧起着重要作用。同时也确定了配合物是结合在DNA大沟部分，这是第一例非芳香环配合物与DNA的大沟部分结合的小分子配合物。　　镧系金属阳离子具有高的电荷密度，其配合物可有效催化磷酸二酯键水解，我们合成了DOTAM和THP与镧系金属TbⅢ的配合物，解析了它们的晶体结构，两个配合物均为九配位，它们的区别是Cyclen环上的侧臂不同，THPTb含有易于去质子化的羟基。两个配合物与RNA模拟物[2-异丙醇基-对硝基苯酚磷酸二酯HPNP]和DNA模拟物[二-（对硝基苯酚）磷酸二酯BNPP]在不同pH下进行水解反应，结果发现:配合物THPTb因含有能去质子化的羟基，可在生理pH下有效提高RNA模拟物的水解速度。首次用质谱方法跟踪了配合物与HPNP的反应过程，捕捉到了THPTb与HPNP形成的中间体，THPTb中去质子化的侧臂能夺取HPNP的羟基氢，使羟基变为分子内亲核试剂，从而发生分子内亲核反应形成五元环，质谱信息清晰显示了五元环的存在，有效证明了反应机理。研究了THPTb水溶液的荧光性质，正三价铽离子在可见或近红外区域具有较窄的特征发射峰，对配合物铽离子直接激发不能获得强的发射荧光，pH＞8.0时铽离子特有的荧光窄峰激发强度迅速增加，使其可以做为碱性指示剂。在THPTb溶液体系，苯甲酸可以作为天线，吸收能量并传递给铽离子，使铽离子表现出良好的发光性能，从而使THPTb有作为苯甲酸荧光检测试剂的可能。