超分子化学因其可逆的非共价相互作用,在构建刺激响应性材料方面发挥着重要作用。在超分子化学中,基于大环化合物的主客体化学扮演着十分重要的角色。大环化合物中的冠醚、环糊精、杯芳烃和葫芦脲因其大的空腔体积而成为主客体化学中备受青睐的主体分子,并已被广泛用于超分子软材料工程、药物输运以及光热转换材料等领域。大环化合物作为主体分子,为超分子化学体系带来了许多优异的性能。因此,发展新型的大环主体分子已经成为超分子化学领域中的重要研究课题。杯吡咯作为一类新的大环化合物,于1886年由德国化学家Baeyer首次制备得到。但是直到1916年,Chelintzev和Tronov才正确表征了杯吡咯的真实结构。就杯吡咯而言,其主要以锥式、半锥式、1,2-交替和1,3-交替四种有限的构象形式存在。杯吡咯的这一结构特点极大地引起了科学家们的兴趣。1996年Sesssler小组发现杯吡咯能够与卤素阴离子发生相互作用,在这一过程中,杯吡咯的构象发生了从稳定的1,3-交替到锥式构象的转变,从而使得杯吡咯中的4个NHs能够与卤素阴离子通过氢键作用结合起来。随后,Gale小组发现杯吡咯还可以实现对某些中性小分子的识别,尤其是经过修饰的杯吡咯的识别能力更为优异。受此启发,科学家们开始尝试在杯吡咯母体的β位和介位进行适当的化学修饰,以期获得具备合适的空腔体积同时含有更多的氢键结合位点的杯吡咯衍生物。这样就使得受体与离子的结合可以在更高的水平上被进一步调控,从而用于离子输运、识别以及萃取分离等领域。以分子识别为基础进行的自组装是构建复杂的超分子组装体的一种行之有效的方法。杯吡咯衍生物具备对多重阴离子及其离子对的识别特点,因而已经成为备受青睐的超分子组装体的重要构筑单元。研究发现,杯吡咯衍生物可以与缺电子的硝基芳烃分子以一定的结合比例形成超分子组装体。另外,Ballester小组通过将亲水性的基团引入杯吡咯母体中,从而合成了一系列水溶性的杯吡咯化合物,实现了在水相中与具有生物活性的氮氧化物的超分子组装。结合杯吡咯优异的性质和本实验室已有的成熟的荧光技术,促使我们萌生了一个大胆的想法:将难溶的芳香性荧光化合物苝酰亚胺二酸(PDA)与经过修饰的杯吡咯衍生物,在合适碱的调控下,通过非共价相互作用,实现二者之间的组装与解组装的可逆转换。同时,组装体的形成会促进PDA分子在溶液中的解聚集,从而使整个超分子体系的荧光被点亮。基于此想法,我们设计了杯吡咯衍生物与PDA在碱的调控下形成的超分子组装体,并探索了其传感行为。本学位论文包括以下两个部分的工作:第一,利用胆固醇修饰的杯吡咯化合物CCP和苝酰亚胺二酸(PDA)的铵盐构建了一种荧光超分子组装体。研究发现该组装体的形成与破坏可以通过氨气来进行调控,同时这一可逆的组装与解组装过程还伴随有显著地颜色变化。核磁滴定结果表明,组装体中CCP与PDA的结合比例为2:1。此外,超分子组装体可以同时实现对缺电子的TNT和富电子的苯酚在液相的双重传感,并且这两个过程均不可逆。具体地,相对于其他的二硝基苯(DNTs)和硝基苯(NB)类化合物,该超分子组装体对TNT表现出了选择性的灵敏响应,其检出限可以低至80 nM。有趣的是,超分子组装体还可以对气相苯酚实现可逆的可视化传感。于是,我们制备了基于该超分子组装体的荧光传感薄膜,其对苯酚气体的响应具有高灵敏性、快速响应和完全可逆的优点,检出限可以低至1ppb。在此基础上,我们开发了一种基于此荧光传感薄膜的传感设备,并成功将其用于模拟空气中苯酚泄露的检测。第二,合成了由对苯二甲酰氯连接的双杯吡咯化合物(DPCP),发现其在强碱DBU存在下,可以与PDA以2:1的计量比形成超分子组装体PDA/(DPCP)2/DBU,并且该组装体可以被强酸甲基磺酸打破。同时,超分子组装体的每个DPCP分子中还留有未作用的杯吡咯单元。因此,我们尝试通过非共价相互作用,将表面经过处理的,暴露有羧基的PMMA有机玻璃板与已经形成的超分子组装体PDA/(DPCP)2/DBU中空留的杯吡咯单元进行再组装,从而制备得到一种多重组装的荧光超分子传感薄膜。传感测试表明,该薄膜对气相苯酚的灵敏度虽略低于之前制备的PDA/(CCP)2/NH3组装体薄膜,但却极大地改善了超分子传感薄膜的荧光行为,为今后设计制备性能更为优异的传感薄膜提供了新的思路。