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超分子化学是新兴的处于化学、材料学和生命科学交汇点的学科，是当今化学领域的前沿，它还关联到生物过程中底物识别，选择性催化等，已经发展成为超分子科学。轮烷、类轮烷是一类具有特殊结构的超分子组装体，由于具有分子器件及纳米材料等方面的广阔的潜在应用前景，近年来关于它们的合成、结构和性质的研究已成为超分子化学发展中一个十分活跃的方向。Cucurbit［n］uril（n代表甘脲环的数目；n＝6时，简称CB［6］）近年来作为超分子主体而倍受重视。它是由n个甘脲单元在强酸性条件下与甲醛自组装聚合而成的高度对称的大环状合成受体，具有刚性外壁和疏水空腔，可选择性地识别某些分子，并进一步形成轮烷或类轮烷，为功能性分子器件的制备提供了新途径。
本论文研究以CB［6］作为主体分子，氰基吡啶为端基的烷基链状化合物为客体形成的类轮烷超分子以及含金属的类轮烷的合成、晶体结构、分子识别作用和分子间弱相互作用力。主要内容如下：
一、合成了二-4-氰基吡啶戊烷二溴化物（1a）和二-3-氰基吡啶己烷二溴化物（1b）作为客体，将它们与CB［6］自组装形成类轮烷超分子2a和2b，通过元素分析EA，电喷雾质谱ESI-MS，一维核磁<1>H-NMR，二维核磁COSY、NOESY，红外光谱IR等进行表征，并测定了它们的晶体结构和热分解性质。结果表明：1a与1b的烷基链穿入CB［6］，且链两端的氰基与CB［6］侧壁上的次甲基和甘脲环分别通过多重氢键作用和π-π作用形成新颖的二维层状结构，在2a的晶体结构中还存在氰基N与相邻甘脲环上的五个原子全部通过π-π作用形成五角锥形二茂铁似的结构。2a与2b由于客体的氰基取代基在吡啶环上的位置不同，2a的堆积更紧密一些，而2b的堆积结构较松散。热分析（TGA）数据显示在1a与1b形成类轮烷2a与2b后，热稳定性比它们自身大大提高。二、以类轮烷2a为基础，通过在其水溶液中添加不同的过渡金属盐，得到一种含铁配阴离子的黄色类轮烷晶体2a-Fe，通过EA，ESI-MS，<1>H-NMR．，IR等进行表征，并测定了它的晶体结构。结果表明：该结构由一对呈中心对称的类轮烷分子向三个方向堆积而成，其中的CB［6］是非对称的；该结构中仍然保持原2a的晶体结构中由氰基N与相邻甘脲环通过π-π作用形成的类似二茂铁的结构。一个较大的FeCl<,4><->阴离子取代了2a中的一个Br离子而参与到晶胞堆积中去，使得类轮烷2a-Fe中的客体比2a的客体有一定的扭曲，且FeCl<,4><->上的Cl分别与相邻甘脲环上的C、O形成π-π作用；这种作用和铁配阴离子与氰基N的配位作用形成强的竞争，所以我们得不到含铁的金属轮烷。