巴基碗(Buckybowl)是一类有趣的π-共轭的曲面多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs),其结构类似于富勒烯的一个片段,其开口的曲面结构和独特的物理化学性质,引起了人们极大的关注。花烯(Sumanene)是一类C3v对称的巴基碗,它代表了C60的一个基础结构单元。近十年来,花烯在配位化学、不对称合成、光电材料以及以其作为砌块合成更大尺寸的巴基碗化合物方面得到了广泛关注。在有机功能材料中引入杂原子是一种有效的调节其性能的方法。在花烯中引入杂原子可以在基本不改变其共轭体系大小的情况下,有效地调节其结构和性能。本论文致力于杂原子掺杂的花烯衍生物的合成及性质的研究。本论文的第一部分工作中,我们从易大量制备的1,5,9-三胺基三亚苯出发,两步法可以首次实现高价碘掺杂花烯的高效合成。从得到的碘杂花烯出发,可以通过温和的条件合成极具挑战性的杂原子掺杂花烯。我们首次实现了硫杂花烯母体分子的非真空裂解法合成,首次得到了硒杂花烯母体分子,还可以高效合成硅杂花烯分子。另外,我们通过X-ray单晶衍射研究证明了硫杂花烯呈现碗状结构,而硅杂花烯呈现平面结构。这部分研究丰富了花烯化学,并推动了高价碘掺杂的多环芳烃在合成碗状和平面功能分子材料如巴基碗和纳米石墨烯的研究。本论文的第二部分工作中,我们从1,5,9-三胺基三亚苯出发,通过铑催化实现Si/Ge-H与C-H的活化,三重度脱氢环化反应作为其关键步骤,三步法可以得到硅杂、锗杂花烯。该方法步骤简洁、条件温和、总收率良好。我们首次通过X-ray单晶衍射研究了锗杂花烯的晶体结构,证明其为平面结构。通过对硅杂、锗杂花烯的光电性质研究,发现在花烯中掺杂硅、锗可以有效稳定其LUMO能级。合成的硅杂与锗杂花烯是一类新型的有机功能材料,并可作为前体化合物应用于有机材料或纳米石墨烯的合成。