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论文主要研究了并环卟啉、N-混杂卟啉、双N-混杂卟啉的合成及相关应用。设计并合成了三类β,β’位并环卟啉。以四苯基或四叔丁基苯基卟啉为原料,通过铜络合,单酰化,脱铜,wittig反应,得到2-乙烯基卟啉和2-丁二烯基卟啉。第一类以2-乙烯基卟啉与1,4-萘醌为原料,通过Diels-Alder反应在β,β’位上连接萘醌环。经溴化,Sonogashira和Heck反应引入酯基,水解得到四个新的带有锚定基团的并环卟啉分子,并研究了并环卟啉上Sonogashira和Heck反应的最佳条件。组装成电池,光电转化效率较低,通过DFT计算解释实验结果,萘醌环是一个吸电结构,抑制了电子向锚定基团的传递。第二类以2-丁二烯基卟啉为原料,电环化得到并环卟啉,在并环的另一侧双溴化,偶联,得到两个新的含酯基的卟啉分子。化合物的紫外可见光谱均具有明显红移,是一个潜在的光电转化材料。第三类是以2-乙烯基卟啉与丁炔二酸二甲酯为原料,发生Diels-Alder并环反应并引入酯基,在并环β,β’位另一侧双溴化,通过Heck成环进一步并环,增大共轭结构。水解得到四个新的含有锚定基团的卟啉分子。组装成电池,进行效率测试,比较中位不同取代基团的卟啉分子的效率,利用密度泛函DFT计算对实验结果进行了解释。当中位是苯基时,双并环的化合物比单并环的化合物效率高。当中位叔丁基时,从计算得到,由于空间障碍,锚定基团不能很好的连接到二氧化钛薄膜上,导致效率偏低。十个新的并环卟啉分子均通过1H-NMR、MALDI-Tof进行表征。研究了N-混杂卟啉在染料敏化太阳能电池上的应用。以吡咯和醛为原料,控制原料浓度,在酸催化下,一锅法合成了四苯基N-混杂卟啉。经双溴化,金属化,得到β位单溴化的N-混杂银(Ⅲ)卟啉,通过钯试剂催化Sonogashira和Suzuki反应,偶联上酯基,水解得到两种含有锚定基团的N-混杂钯(Ⅲ)卟啉分子。利用1H-NMR、高分辨质谱表征了新化合物结构。组装成电池,光电转化效率较低,利用DFT计算染料的轨道能级,结果表明N-混杂钯(Ⅲ)卟啉化合物的HOMO能级与电解液的HOMO能级不匹配,使染料不可再生,不能产生电流。此外,研究了五氟苯基N-混杂卟啉(C6F5-NCP)和五氟苯基N-稠和卟啉(C6F5-NFP)的相互转变,发现了中位五氟苯基取代N-混杂卟啉的新的合成方法,该方法以吡咯为原料的总产率为4.2%,优于传统的[2+2]合成法,该方法以吡咯为原料的总产率为2.2%。研究了苯硫酚与N-混杂-N-稠和卟啉发生亲核开环反应,得到一个新型C3和C13位双苯硫基取代双N-混杂Isophlorin。在空气环境下,双N-混杂Isophlorin可以缓慢转变成18π电子的稳定结构卟啉类似物双N-混杂卟啉。两种化合物结构通过1H-NMR、13C-NMR、19F-NMR、高分辨质谱和X-射线衍射线鉴定。比较双N-混杂Isophlorin和氧化后的双N-混杂卟啉的HOMA、NICS值、紫外吸收光、荧光光谱和核磁谱图能明确得出N-混杂Isophlorin是非芳香性化合物,氧化后的N-混杂卟啉是芳香性化合物。研究N-混杂卟啉与第11族金属铜、银、金发生的属化反应,形成三种金属错体不对称N-混杂卟啉,其配位均是三价。因此,具有独特的性质。由于卟啉化合物大环的外侧,有一边是质子化的NH,另一端是去质子化的N,和咪唑有非常相似的结构,通过酸碱滴定测试,得到第11族金属错体不对称卟啉的酸碱性变化趋势。由于易得失电子,在催化剂和质子传输材料中具有潜在的应用前景。