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早在20世纪70年代，人们就发现在血红蛋白中，组氨酸残基与血红蛋白中其他基团的氢键作用会造成其一定程度地去质子化。而这种去质子化的配体会影响血红蛋白中卟啉中心金属的性质和血红蛋白的生理学功能。通常采用咪唑（负离子）金属卟啉化合物来模拟组氨酸残基（或具有一定氢键作用的组氨酸残基）配位的血红素结构。本课题通过咪唑及咪唑负离子与钴（铁）卟啉的配位反应制备了一系列五配位或六配位咪唑（负离子）金属卟啉化合物，并分离得到了它们的单晶样品。通过X-ray衍射，红外光谱，紫外可见光谱，电子顺磁共振(EPR)等手段对这些化合物进行了深入的表征和研究。 在五配位咪唑（负离子）钴卟啉化合物的单晶结构中，咪唑负离子的配位氮原子与中心钴离子的距离（即轴向距离）小于咪唑衍生物的相应距离，说明咪唑负离子与中心钴离子的作用强于咪唑。通过EPR表征发现:咪唑衍生物的钴为二价低自旋(S=1/2)，而咪唑负离子衍生物的钴是二价高自旋(S=3/2)，这是首次发现自旋态为高自旋的五配位钴卟啉。 在六配位咪唑负离子钴卟啉化合物的单晶结构中，这些化合物都具有中心对称性且钴离子位于卟啉24原子平面内。通过与其他六配位含氮配体钴卟啉的结构对比发现:在三价钴卟啉中，咪唑负离子的轴向距离与其他类似物相当;在二价钴卟啉中，咪唑负离子的轴向距离比其他类似物短。 最后，本课题还成功合成了一种新的五配位咪唑负离子亚铁卟啉的单晶结构，[K(222)][Fe(TPP)(2-MeIm-)]·2-MeHIm·2THF，其咪唑负离子配体不存在无序。 本研究通过对咪唑（负离子）配位钴（铁）卟啉化合物单晶结构与电子性质的研究，加深了对咪唑（负离子）金属卟啉化合物的认识，有利于理解血红素等生物结构特点与性能。