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氮氧自由基因为其稳定的结构和独特的性质一直以来都吸引着许多科学家对其进行研究，它们被广泛应用在氧化还原反应、自由基捕捉剂、荧光分子探针等领域。本文对刚性基团连接的单、双自由基体系进行了合成探索和性能检测，特别是刚性较大的双自由体系，因为具有两个距离比较固定的自由基，所以可以根据它们的EPR波谱建立起与自由基间距离的一个关系曲线，利用这个曲线对生物分子内对实测的距离加以校验，将会改善和提高连续波EPR解析蛋白质构效关系的准确性和可信度，对提高EPR生物学应用水平具有实际意义。 本研究主要内容包括：⑴以C60为骨架的双自由基体系的分离及性能研究。C60双加成产物理想产率难以实现，且分离也比较困难。依据文献合成并分离得到了五种C60双加成产物，对其反应及分离条件进行了详细的优化探索，得到了比较理想结果，氧化并分离得到足够量的C60双自由基。对得到的双自由基进行了EPR波谱测试，实验表明空气中的氧气对波谱会产生很大的影响，因此在测试之前需要对溶液进行去氧处理。⑵新型并苯类自由基体系的合成探索。对新型的并苯类自由基化合物的合成进行了初步探索，合成了前体化合物12。试图用1，2，3，4-四氢-2，2，4，7-四甲基喹啉来制各自由基13，来替代制备繁琐的TMIO，发现生成的自由基会继续氧化成氮氧代化合物14。⑶利用Ullmann反应合成氮氧单/双自由基的探索。利用Ullmann反应设计了几种具有刚性的自由基，并对其的合成进行了探索。在合成过程中，发现化合物16在酸性和乙胺的条件下能够实现构象的转换，由顺式产物变成反式产物17。成功的得到了一种刚性单自由基20及双自由基21并对其进行了EPR波谱检测。