石墨烯作为最著名的二维材料之一,以其独特的电子和机械性能受到科学家们的广泛关注。大规模的石墨烯样品经常带有拓扑缺陷,如五元环、七元环、八元环等。这些缺陷通常由碳碳键的重排引起,显著影响着石墨烯的物理化学性质,包括导电性、化学稳定性、机械强度和磁性等。薁是萘的非交替同分异构体,属于石墨烯片段中常见的缺陷形式。薁作为一种典型的非交替稠环芳烃（PAHs）,具有独特的物理化学性质,包括1.08 D的分子偶极矩、较低的HOMO-LUMO能隙和反Kasha规则的荧光发射。这些独特的物理化学性质促使化学家开发了多种以薁为结构单元的功能材料,如多重刺激响应材料、近红外检测分子及半导体器件等。薁单元还被广泛引入到PAHs中,用来调节它们的电子结构及构象,并影响PAHs的化学稳定性,为进一步理解石墨烯缺陷的性质提供理论与实验基础。由于合成方法的限制,已报道的含薁PAHs的数量非常有限,如何发展更高效薁的合成方法以及挑战合成更多含薁拓扑结构的PAHs是本领域亟需解决的问题。本文的研究工作包括开发高效合成薁单元的方法,并利用该方法精准构建多种含薁单元的新型PAHs,研究其光电性质及芳香性。具体分为以下三个部分:在第二章中,我们通过逆合成分析发现薁骨架可通过芳基环戊二烯和邻卤代芳基醛之间的两步[4+3]环化进行高效地构建。我们以芳基取代环戊二烯与邻卤代芳醛为底物,通过先脱水缩合后钯催化偶联两步合成了三种含薁的PAHs:DBA、BDA1和NDA,它们的非平面七元环导致了分子结构的扭曲。这三种PAHs在500 nm以上的较弱吸收可以归因于S0→S1的跃迁,与单体薁的特征吸收峰相似。DBA、BDA1和NDA可以被三氟乙酸质子化,同时伴随吸收红移和荧光增强,其中质子化的BDA1可发射出823 nm的近红外荧光,这在PAHs中非常少见。理论计算证明DBA、BDA1和NDA上的五元环的芳香性均大于七元环。以上研究结果表明该方法可精准高效地构筑含薁PAHs。在第三章中,我们合成了含两个薁单元的并五苯异构体BDA1和BDA2。BDA1和BDA2两端的薁单元分别通过trans和cis方式连接,单晶均为S型结构,其中BDA2存在一对外消旋体。BDA1和BDA2在氯仿溶液中为黄色且几乎不发荧光,但在三氟乙酸作用下,溶液变为深蓝色并发出近红外荧光。理论计算表明,BDA1和BDA2具有类似的芳香性特征,各向磁感应电流密度（ACID）图显示两者均存在全局芳香性。理论计算表明BDA1和BDA2具有相近的HOMO能级,但BDA2的LUMO能级大于BDA1,这表明BDA2具有相对较好的稳定性。因此尽管共轭体系大小一致,但基团排布方式的不同影响了BDA1和BDA2的分子能隙和稳定性。在第四章中,我们以叔丁基三聚茚为模板分子,在苯环上引入硼酸酯基团,然后通过两步串联方法一锅得到含有三个薁的非苯环稠环芳烃BTA。BTA具有良好的溶解性和化学稳定性,在氯仿溶液中显示出黄色荧光,其斯托克斯位移达到115 nm,这表明其具备作为荧光探针的潜力。BTA的单晶结构中存在PPM和MMP两种异构体,但其较低翻转能垒使我们不能通过手性拆分得到它的单一手性化合物。通过键长分析发现,BTA分子中的键长表现出单双键交替的特征,表明BTA分子中的薁单元的芳香性较弱。当使用NO·BF4与BTA反应时,得到的产物为三硝基化合物BTA-NO2,而不是预期的氧化产物。综上,本论文的研究结果为设计合成含薁PAHs提供了新的方法,也为理解含薁PAHs的性质提供了实验基础。