自从1987年诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn教授在获奖感言中详细阐述了超分子化学的概念以来，基于超分子自组装的分子机器领域就成为了科学家们关注的焦点。轮烷型分子梭作为分子机器的主要类型之一，由一个或者一个以上的主体环状组分和一个或者一个以上的相应客体杆状组分相互穿梭后形成组装体，然后再以较大的封堵基团封堵此组装体杆状部分的两端而形成。在外界的某种刺激下，轮烷型分子梭中的环状组分可以在杆状组分的识别点之间做往复的运动，同时可能伴随着体系中物理化学性质的变化。　　二茂铁是具有三明治式夹心结构的金属配合物，其发现无疑是科学界在有机金属配合物方向里程碑式的突破。它独特的结构表现出非常优异的物理化学性质:(1)在低温下两个环戊二烯基茂环就可以绕着铁中心轴自由旋转;(2)具有很好的热稳定性和对空气中氧气的惰性;(3)特殊的结构符合18电子规则而表现出芳香化合物的显著特征，易于被修饰;(4)具有很好的氧化还原特性;(5)是很好的电子给体，极易与缺电子的基团之间发生光致电子转移(PET)。正因为如此，近年来二茂铁及其衍生物由于其本身特有的物理和化学性能而应用于各个研究领域，尤其是在超分子化学领域得到了快速的发展。　　基于上述二茂铁独特的结构和优异的物理化学性能，本论文将二茂铁成功的引入到轮烷分子梭体系中，从而获得了一系列基于二茂铁的功能化轮烷分子梭体系，其主要内容和研究成果包括以下几个方面:　　第一章简述了二茂铁在超分子体系中应用的研究进展。首先介绍了超分子化学、分子识别以及轮烷型分子机器的基本概念;其次举例介绍了轮烷型分子机器的主要类型:[2]轮烷型分子机器、[1]轮烷型分子机器、[n]轮烷型分子机器以及轮烷聚合物型分子机器等;再次详细的举例说明了二茂铁在超分子体系中的应用:二茂铁作为分子转子的应用、二茂铁电化学的应用、二茂铁光化学的应用、二茂铁在凝胶方面的应用、二茂铁在表面上的应用以及二茂铁在其他新领域特殊的应用等。　　第二章设计并合成了一个新型的基于二茂铁的双稳态[1]轮烷体系Fc-r-l，通过核磁共振波谱和循环伏安曲线对[1]轮烷体系Fc-r-l进行了结构的确认和电化学性能的测试。研究发现:此体系在外界酸碱的刺激下实现了体系中的大环冠醚在杆状部分的两个识别点之间的可逆穿梭运动，并且伴随着二茂铁单元的电化学信号的可逆和不可逆变化。　　第三章在第二章的基础上引入了萘酰亚胺荧光团作为体系的封堵基团从而获得了一个新型的基于二茂铁的双稳态[1]轮烷体系Fc-r-MA，通过核磁共振波谱、紫外可见吸收光谱、荧光光谱以及理论模拟对[1]轮烷体系Fc-r-MA进行了结构的确认和光谱学性能测试。研究发现:在初始状态下，此体系在外界酸碱的刺激下实现了体系中的大环冠醚在杆状部分的两个识别点之间的可逆穿梭运动并伴随着明显的荧光强度的变化，而且荧光的变化肉眼可见，此平台为“活跃态”;然而当体系中的二茂铁单元被Fe(ClO4)3氧化后，体系的荧光在外界酸碱的刺激下没有任何的变化，此平台为“沉默态”;同时以碱DBU和氧化剂Fe(ClO4)3作为体系的输入，相应荧光的变化作为体系的输出可以构建一个两个输入的AND门和一个输入的NOT门的禁止逻辑门。　　第四章在第二章的基础上引入了可控堆积的荧光团苝酰亚胺作为中心核而获得了一个新型的基于二茂铁的多功能双支[1]轮烷体系Fc-PBI，通过核磁共振波谱、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、扫描电镜以及分子动力学模拟对[1]轮烷体系Fc-PBI进行了结构的确认和光谱学以及聚集形态学性能测试。研究发现:此体系在外界酸碱的刺激下实现了大环冠醚在杆状部分的两个识别点之间的相对机械运动所引起的分子伸展-收缩，并伴随着明显的荧光信号的变化以及二茂铁单元的转动;同时体系中苝酰亚胺单元的聚集程度可以通过碱DBU和过渡金属离子Zn2+来进行调控——Zn2+增加体系的聚集，而碱DBU则阻碍体系的聚集。　　第五章在第二章的基础上引入了两个不同的三支-四支中心核而获得了两个星状基于二茂铁的多支[1](n)轮烷体系[1](3)轮烷Tri-Fc-1和[1](4)轮烷Tetra-Fc-1，通过核磁共振波谱和分子动力学模拟对[1](n)轮烷体系进行了结构的确认和分子不同状态的结构模拟。研究发现:这两个体系在外界酸碱的刺激下，大环冠醚在杆状部分的两个识别点之间的相对机械运动引起了分子伸展-收缩。　　第六章设计并合成了一个新型的双稳态对称的[2](2)轮烷体系Fc-AE-1，通过核磁共振波谱、紫外可见吸收光谱、荧光光谱以及动力学模拟对[2](2)轮烷体系Fc-AE-1进行了结构的确认和光谱学性能测试。研究发现:在外界酸碱的刺激下，体系中的大环冠醚可以实现在杆状部分的两个识别点之间的相对机械运动并引起分子的伸展-收缩，同时伴随着二茂铁单元的转动。　　第七章在第二章的基础上引入了胆固醇单元合成了一个基于二茂铁的[1]轮烷体系Fc-AC-1，通过核磁共振波谱对[1]轮烷体系Fc-AC-1进行了结构的确认。研究发现:此体系在外界酸碱的刺激下实现了体系中的大环冠醚在杆状部分的两个识别点之间的可逆穿梭运动，其光谱学性能测试和凝胶化实验还正在进行当中。　　第八章结论。