超分子化学是一门研究通过分子间的非共价键相互作用聚集而成具有特定结构和功能的超分子体系的学科,而新型大环主体化合物的合成和发现已经成为推动超分子化学向前发展的重要驱动力。近些年来,在传统杯芳烃基础上发展起来的杂杯杂芳烃引起了人们的广泛关注,其在构象调控、分子识别和聚集体组装等方面都表现出了优异的性能。本博士论文探索了氮杂杯芳烃上的选择性反应,以合成多官能团化的氮杂杯芳烃;同时通过改变杂杯芳烃的连接方式,合成一类官能团化的新型冠芳烃分子;并探究了新型冠芳烃大环化合物的分子识别性能。通过条件筛选,实现了氮杂杯[2]芳烃[2]吡啶和氮杂杯[4]吡啶在吡啶基元β位上的选择性甲酰化、硝化和溴代。通过固相中晶体结构的分析,发现间位衍生基团的引入对大环骨架的构象产生了较大的影响。利用空间上有利的1,3-交替构象,发生分子内McMurry反应,合成了一类半笼状分子。以2,5-二氟对苯二甲酸二乙酯和对苯二酚为原料,用“3+1”和“3+3”片段偶联的方式制备了含酯基的氧桥连全苯环类冠芳烃。将酯基官能团还原及进一步的甲基化得到了含苄甲醚片段的冠芳烃。通过荧光滴定研究了它们与富勒烯的作用,结果显示此类冠芳烃分子在甲苯溶液中与富勒烯C60、C70形成1:1的复合物,结合常数最高可达（2.14±0.07）′10⁵ M^-1。以2,5-二溴吡嗪和2,5-二甲基对苯二酚为原料,通过片段偶联法制备了一类含吡嗪的氧桥连冠[n]芳烃[n]吡嗪主体化合物;以2,5-二溴吡嗪为起始原料,制备了氮桥连全吡嗪类的冠芳烃分子。含吡嗪类冠芳烃对富勒烯C₆₀和C₇₀都表现出较强的识别能力,结合常数高达（2.21±0.04）′10⁵ M^-1。氮杂冠[8]吡嗪分子对过渡金属离子Fe³⁺、Co2⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Hg²⁺表现出较强的作用能力,结合常数高达（1.06±0.05）×10⁷ M^-1。总之,通过氮杂杯芳烃的选择性芳香亲电取代反应合成了一系列的芳环上官能团化的大环化合物,这些大环分子能为合成多功能的主体分子提供良好的平台;改变杂原子的连接方式,得到了一类新型的官能团化的冠芳烃分子;通过引入吡嗪单元合成了冠吡嗪类化合物。所合成的冠芳烃大环化合物具有识别C₆₀和C₇₀的能力,而氮杂冠[8]吡嗪对若干过渡金属离子也具有很强的识别作用。