作为化学、物理、材料科学和生命科学等前沿科学的交叉领域,超分子化学致力于构建复杂、高度有序,且具备有特定功能的分子机器,就像自然生物界中存在的复杂器件一样,最终能应用于信息的翻译、存储和传输中。作为分子机器基石的准轮烷,以其独特的拓扑结构,通过自组装实现机械、生物、电子功能方面功能的特性,吸引了广大超分子化学家和材料学家的目光。柱芳烃作为一类新兴的大环主体,经由功能化修饰后,对烷基链和各类阳离子、阴离子、中性客体分子具有着很好的包结作用。从2008年被发现来,它已被广泛地用于准轮烷构建中,并作为进一步研究客体识别、轮烷、超分子聚合物、分子弹簧、智能跨膜离子通道、囊泡、金属有机骨架结构等众多领域的基础。虽然分子间的主客体作用、氢键等超分子作用力强度有限,但是在多种正交作用的协同下,则仍能形成具有一定稳定性的分子器件。基于以上研究思路,本论文围绕基于柱芳烃及其衍生衍生物的大环主体分子,探寻相适配的客体分子的合成与应用,开展了以下两个部分研究工作：第一部分,本文报道了一例极性溶剂DMSO中的[1]准轮烷的动态自包结现象,其中包结形态2-1conf1和非包结形态2-1u可以通过柱层析暂时地单独分离。但时间超过24 h后,在核磁谱图上可以观察到2-1conf1和2-1u又分别自发地转化为三种同分异构体2-1conf1, 2-1conf2和2-1u。其中2-1confl和2-1conf2均为[1]准轮烷构型,仅仅区别于侧链与柱芳烃结合的位点不同：2-1eonfl通过酰胺和脲基与柱芳烃的甲氧基氧原子形成分子内氢键,而2-1conf2的酰胺基上的N-H与甲氧基氧原子不形成分子内氢键。当我们加入氟离子破坏脲基形成的氢键,可以促使分子的构型由2-1conn向2-1conf2转化。我们认为这种能在高极性溶剂中长时间保持的稳定的[1]准轮烷主要有以下特性。(1)合适的脲基结合位点存在,其参与形成的分子内氢键稳定了[1]准轮烷构型。调整脲基位点位置或者将其去除,都会影响与柱芳烃之[1]准轮烷在高极性溶剂中的稳定性,甚至将其构型直接破坏；(2)合适尺寸的封端基团。如使用尺寸过小的末端基团的,如氨基、乙酰基,则在高极性溶剂中不会形成[1]准轮烷构型；如果使用更大的末端基团——3,5-二叔丁苯基,则侧链被完全锁住形成[1]轮烷。因此我们对这一例非经典[1]准轮烷的解释是这样的：叔丁氧羰基的尺寸满足能够穿约柱芳烃空腔,同时又具有一定的空间位阻导致不易脱出。当其一旦其穿入空腔之后,侧链受到在受到烷基链与柱芳烃的C-H…π作用、分子内氢键作用和叔丁基的位阻作用的多重协同作用下,保持了自包结的[1]准轮烷构型,并在几种构象之间达到一种平衡。第二部分,我们设计并合成了一系列基于相同四亚甲基为骨架的中性客体分子,并将其与全乙基柱[5]芳烃(EtP[5]A)分别尝试构建[2]准轮烷。我们将设计合成的客体分子分为三个部分——末端基团,四亚甲基骨架,两者的链接基团。其中末端基团为苯环,连接基团为氨基甲酯基团的客体G1,拥有最好的EtP[5]A较好的络合能力,形成了稳定的[2]准轮烷体系。通过分别改变末端基团与连接基团,我们发现提高客体与EtP[51A主客体结合能力有以下特点：(1)合适的末端基团,过小的末端基团如烷基链,使客体无法驻留在主体空腔中,而过大的末端基团如叔丁基,会妨碍客体穿入空腔。(2)形成更多分子间氢键。由于是电中性分子,分子间氢键作用就显得尤为重要。氨基甲酯基团比酰胺基团能够提供更多的分子间氢键,从而是形成的[2]轮烷更加稳定。在此基础上,我们发现了具有和客体G1结构类似光敏基团——邻硝基苄基甲氧酰基团,其在365 nm紫外光照射下断裂成邻亚硝基甲醛,具有很强的光反应灵敏性。所以我们在客体G1双苄基-四亚甲基-双氨基甲酯基础上,在末端苯环上引入邻位硝基,构建含有双邻硝基苄基甲氧酰基的客体G6与单邻硝基苄基甲氧酰基G7。相比较G1的末端苯环结构,客体G6与G7带有硝基的苯环不能通过主体EtP[5]A的空腔,但是保留末端苯环结构的单邻硝基苄基甲氧酰基结构的客体G7仍可以形成[2]准轮烷。在365nm紫外光照下,破坏了G7与EtP[5]A形成的准轮烷结构,证明了其光可控性。