设计结构新颖的分子体系来构建功能性材料是当前纳米技术的一个重要组成部分。分子机器作为一种超分子复杂体系,具有普通分子所不具备的新特征。近年来,科学家们对分子机器的三大类型,轮烷,类轮烷以及索烃的研究方向,已经从溶液中单分子态的性能研究往有序排列的超分子聚集体的界面和表面现象的研究发生转变。利用可控的,功能化的分子机器单体作为结构单元,将超分子化学与网状化学相结合,来构建多响应的网状结构材料将是分子机器研究的挑战与方向之一。本论文在课题组前期对分子轮烷体系研究的基础上,合成了基于环酰胺体系的轮烷分子,并更进一步的利用该轮烷分子构建了网状轮烷聚集体。第一章介绍了分子机器的定义,类型以及分子机器的工作原理。分子机器,尤其是轮烷体系的运作需要有外力或外部能量来驱动,这些外力或能量有化学能,电能,光能以及热能等。由于分子机器是在分子尺度上模拟宏观机器的运动,因此机器的运作在表征,检测以及信号传输方面都需要特殊的手段和方法才能实现,这些方法涉及到一维,二维核磁共振,循环伏安法,圆二色谱,紫外-可见光等。本章还通过一些经典的例子来阐述分子机器在分子开关,逻辑运算元件,信息存储,医药领域等方面的初步应用。第二章中设计合成了基于环酰胺单元的新型轮烷结构。分子中含有两个发色团—卟啉和芴,两者作为阻挡基团,同时又使得轮烷具有双荧光性质。环酰胺单元可以与识别位点富马酰胺单元以及丁二酰胺单元通过氢键相结合,并且可以通过对富马酰胺的双键部分光热顺反异构来驱动环酰胺在两个识别位点间来回穿梭。由于环酰胺与卟啉和芴没有相互作用,使得轮烷上的卟啉和芴的光学性质没有随环的运动而发生变化。但是我们在环酰胺的两端修饰了反应活性位点--炔基,这样就使得轮烷具有进一步修饰功能基团的可能。由此我们初步尝试了利用与炔基的“Click”和“Sonogashira”反应在轮烷的环上引入C60,从而得到具有荧光响应的轮烷分子梭。这部分工作正在进行当中。第三章工作是在上一章的环酰胺体系的轮烷结构基础上,对环酰胺单元作了改进。将环酰胺的两头替换成吡啶,而吡啶基团可以与金属离子发生金属配位络合。这样,所得到的分子轮烷就具有负荷金属离子的功能,同时该分子与之前的轮烷一样能够进行可控的来回穿梭运动。轮烷的阻挡基团之一为卟啉单元,在轮烷的二氯甲烷溶液中加入锌离子,使得卟啉中心的氢质子被锌离子所取代而成为锌卟啉。这样一个轮烷分子的锌卟啉单元就与另一轮烷分子吡啶单元相配位,由于分子两端都有吡啶单元,因此分子间的这种配位方式就被延伸出去。这样我们就成功得以轮烷分子为构建单元,通过金属离子作为引发得到了超分子轮烷的聚集体。而且扫描电镜图显示该聚集体是一种规整的网格状形态。第四章设计合成了带有C60分子的冠醚大环,以及带有4,4’-联吡啶识别位点和胆固醇单元的客体分子。并对两者进行了包结研究。希望通过刚性的C60分子与客体的包结能够改变客体分子上所带有的胆固醇单元在溶液中的聚集性能。但是,由于冠醚大环与与联吡啶单元的结合能力较弱,而胆固醇客体分子在有机溶液中堆积能力较强,是一种紧密排列的分子聚集体,从而导致了两者无法包结。在此基础上,我们的研究方向放在了开发能够取代4,4’-联吡啶识别位点,与冠醚环结合能力更强的客体识别位点上。相关工作正在进行中。第五章介绍了三个探索性的工作。工作一和二是在第二章所介绍的环酰胺体系轮烷的基础上的一个深入研究。希望通过修饰轮烷上能动的环酰胺部分,在环上接入二茂铁单元或蒽醌单元,使得两者随环的来回穿梭能够可逆的影响客体杆的光学性质。但是我们在合成轮烷的过程中,二茂铁以及蒽醌单元均发生了脱落,从而没有能够在轮烷机器上进行更进一步的修饰。工作三中所设计的分子是一个可控的荧光探针。其目的是将分子轮烷的可控性能与荧光探针的荧光响应性能相结合,从而得到更具功能化的轮烷分子。对其进行了大量合成方面的探索,虽然最后一步成轮烷反应发生了失败,但是在总结了失败的原因后,我们对该分子的合成方法作了改进与展望,这些工作正在进行当中。