核酸是重要的生命物质基础,对生物的生长、发育和繁殖等有着重要作用,同时也与生物变异密切相关。作为遗传信息的物质基础,对DNA的研究一直是相关研究中最为活跃的领域之一。许多小分子能以DNA为靶向物质,与DNA发生相互作用,破坏其模板作用,使核酸链发生断裂,从而影响基因调控和表达。卟啉类化合物广泛存在于动植物体内,而且可被应用为各类医学材料和药物。由于它们极容易通过食物、药物等多种途径进入人体,因此带来的一些生物学不确定性需给予高度重视。本文以多种取代卟啉和咔咯化合物为研究对象,通过对目标分子的定向合成和表征确定它们的基本结构和理化性质,借助电化学和光谱电化学等手段研究这些化合物的氧化还原行为和电子转移机理,以及卟啉大环上取代基、中心金属种类和价态等对化合物性质的影响。在此基础上,选择有代表性的化合物与不同类型DNA进行相互作用研究,获得如下几方面的主要结果：1、卟啉钻化合物在施加一定的氧化或还原电位后,都存在着Co(II)和Co(Ⅰ)三种形态。卟啉大环上并连上喹喔啉基团后改变了卟啉的电子云分布以及化合物的性质,(PQ)Co、(QPQ)Co和(PQ2)Co等单卟啉钴配合物在加上一个电子后,产物兼有Co(Ⅰ)和卟啉π-阴离子自由基的特征,进一步还原后会生成CoⅠπ-阴离子自由基。喹喔啉基团的位置和数目对卟啉钴中CoⅡ→CoⅢ或CoⅢ→CoⅡ的氧化还原电位没有影响,但对其它氧化还原反应的影响很大。由TA相连的Co(P)-TA-(P)Co,在一级还原和二级还原后都可观察到两个卟啉环间的强烈相互作用,而Co(PQ)-(QP)Co中两个(PQ)Co结构间的相互作用就比较弱。2、研究了六种Sn(Ⅳ)卟啉的电化学,揭示了它们氧化还原的作用机制,不同的卟啉大环结构和轴向配体对电子转移反应的位置有显著影响。三个轴向二羟基配位的Sn(Ⅳ)卟啉的还原都发生在环上,生成相应的π-阴离子自由基和二价阴离子。而三个轴向二氯配位的Sn(Ⅳ)卟啉却截然不同,氯配体在二价卟啉阴离子中是不稳定的,有较高反应活性,在溶液中会生成相应的二羟基配位产物。在电化学氧化时也可观察到类似情况,轴向二羟基或二氯配位的Sn(Ⅳ)卟啉,在生成π-阳离子自由基之前已转变成了相应的高氯酸根配合物。3、以改进Lindsey法合成了几种meso位取代咔咯,并在此基础上研究了在咔咯p位引入硝基的硝化反应,为深入研究咔咯合成机理提供了参考依据。首次研究了咔咯银配合物的电化学和光谱电化学行为,探讨了化合物的电子转移机理以及硝基对电子转移反应位置的影响。4、根据紫外-可见光谱法、荧光光谱法、电化学和对质粒DNA切割作用的研究结果表明,在DMF助溶和加入少量Tween-80微乳液条件下,也可以在水溶液中研究非水溶性卟啉类配合物与DNA的相互作用。实验条件下,非水溶性卟啉类配合物大多以静电结合模式与DNA发生表面自堆积作用。具有相同大环结构的金属卟啉或咔咯配合物与DNA的相互作用要大于相应的自由碱,而具有相似结构的咔咯与DNA的相互作用要大于同类型的卟啉。大环上的取代基对卟啉类化合物与DNA的相互作用有影响,拓展大环的π共轭体系有助于离子形式卟啉中间体的稳定,强化了与DNA的相互作用。5、本文研究卟啉类化合物与小牛胸腺DNA(ctDNA)、大肠杆菌质粒DNA(p-DNA)和“苏三”小麦叶DNA(w-DNA)等三种不同来源的DNA相互作用时,紫外-可见光谱的Soret带的吸收都没有发生红移,减色效应也都在10-15%。结果表明,在与DNA相互作用时卟啉与咔咯化合物间没有显示出显著差异,且DNA的来源不同也没有影响作用的效果,提示本文涉及的几种卟啉和咔咯化合物与DNA作用模式和机理基本相同。