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近年来，分子材料的合成研究是国内外十分活跃的热点领域。为了寻找优良的有机构筑块，当前的研究集中在多齿芳香含氮杂环分子和多羧酸配体的设计和合成上。本论文从功能配合物的光、磁性质的研究出发，选择了一类新颖的多齿含氮芳香杂环的苯并双咪唑衍生物、三联吡啶等为研究对象，设计合成了十几种新的多齿芳香含氮杂环分子及其过渡金属配合物，得到了其中二个苯并双咪唑衍生物配体和四个过渡金属双核配合物的单晶结构。研究了它们的光物理和磁学性质。
一.以邻苯二氨为原料，经过缩合、硝化、还原等多步化学反应得到重要的中间原料5，6-二氨基苯并咪唑的盐酸盐，再由它分别与2-吡啶羧酸、2，6-吡啶二羧酸反应得到二个新的苯并双咪唑类有机杂环配体：
2-(2-pyridyl)benzo[1，2-d；4,5-d]diimidazole(1)，(pbdiim)和2,6-bis(benzo[1，2-d：4,5-d]diimidazole-2-yl)pyridine，(2)，(bzdiimpy)。产率分别为约60％和30％。其中5，6-二氨基苯并咪唑的盐酸盐与2，6-吡啶二羧酸反应得到bzdiimpy，是在高压反应釜中进行的。这二种化合物用元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱、电喷雾质谱等测试手段进行了表征，并培养出晶体，它们的结构由X-射线单晶衍射加以确认。Pbdiim和bzdiimpy的空间群分别是Pbca和P21/c。在pbdiim的结构中，吡啶环和苯并双咪唑环的二面角是17.76(7)°，成一定的角度，使分子没有形成平面，分子间作用力减少，溶解度增大，易溶于有机溶剂中；而在bzdiimpy中，吡啶环和左右两边的苯并双咪唑环的二面角分别是-7.4(6)和2.6(6)°，使整个分子几乎成为一个平面，增大了分子的共轭性(电子离域性)和刚性，分子间的作用力和π-π堆积作用增大，导致溶解度减小。由于分子间氢键的相互作用，pbdiim化合物形成二维层状结构，而bzdiimpy化合物通过咪唑环的N原子与处于相邻二个分子之间的[SnCl6]2--Cl桥的弱相互作用形成“Z”字形链状结构。测定了bzdiimpy的紫外吸收光谱和荧光光谱，并与报道的类似化合物2，6-二苯并咪唑吡啶进行了比较。
二.合成了第一个仅含有一个(EO)叠氮酸根桥联的不对称的双核铜配合物[Cu2(dmterpy)2(μ1,1-N3)(N3)2]·NO3·(H2O)2(3)[dmterpy=5,5"-二甲基三联吡啶]和一种新的双(EO)叠氮酸根桥联的双核镍配合物[Ni2(pbdiim)4(μ-1，1-N3)2]·2(N3)·6(H2O)(4)。CuⅡ离子与dmterpy、N3反应，在甲醇中得到配合物1；NiⅡ离子与pbdiim、N3反应，在甲醇中得到配合物2。测定了它们的晶体结构，晶系分别为：三斜和四方，空间群分别是P1bar和I4(1)22。在配合物1中，每个CuⅡ离子处于五配位的变形四方锥结构中，EO叠氮酸根桥基的N13原子既处于Cu(2)的四方锥结构的顶点位置，又占据Cu(1)四方锥结构四边形中的一个位置。Cu(2)-N13的距离为2.305A，比一般的Cu-N距离稍长，而Cu(1)-N13的距离为1.991(5)A。Cu-N(μ-1，1)-Cu的夹角是117.4(2)°。通过叠氮酸根离子、水分子和硝酸根离子间氢键的相互作用，双核铜3形成一维双链结构。配合物4是由二个EO叠氮酸根桥联的双核镍配合物，Ni-N(μ-1,1)-Ni夹角是102.96(13)°。NiⅡ离子是八面体配位的几何构型。测定了配合物3和4的磁性和EPR谱。对配合物3(CuⅡ：S=1/2)使用双核铜交替链的公式，从300K到2K对实验数据进行了拟合，表明尽管Cu-N(μ-1，1)-Cu的夹角(117.4(2)°)很大，却呈现弱的铁磁性相互作用(J=1.46cm-1)；对配合物4的拟合表明，在分子内的二个NiⅡ(S=1)离子间表现出铁磁性相互作用(J=27.87cm-1)。
三.通过在乙醚气氛中扩散的方法，得到了第一个含pbdiim配体的双核锌配合物：Na[Zn2(pbdiim)Cl5]·1.5H2O(5)。X-射线衍射结构分析表明，该化合物是单斜晶系，空间群为C2/c。pbdiim配体与二个ZnⅡ离子配位，每个ZnⅡ离子是处于变形的四面体几何构型中，并分别与配位原子(N)2、(Cl)2和N(Cl)3结合。在配合物中，pbdiim分子的吡啶环和苯并双咪唑环之间的二面角是0.4°，所以整个配体分子基本是平面的。而未配位的pbdiim分子的吡啶环和苯并双咪唑环之间的二面角是17.76(7)°。在配合物的分子结构中沿c轴方向，具有二聚体结构的分子内存在苯并双咪唑环之间的π-π分子间堆积作用，相邻的二个苯并双咪唑环之间的距离约是3.6-3.8A。比起游离配体pbdiim，此双核锌配合物中的pbdiim分子具有更加刚性的平面结构，在常温下的固体和溶液中表现出了更强的荧光性质。
四.制备了一种比较少见的4，4-联吡啶桥联的双核铜配合物：[Cu2(phen)2(4,4-dpy)3(OH)2]·2NO3·5.5H2O(6)(phen=1，10-菲咯啉，4,4-dpy=4，4-联吡啶)。测定了它的晶体结构，晶系是单斜，空间群是C2/c。CuⅡ离子与phen、4,4-dpy、OH-和NO3-结合形成六配位配合物，每个CuⅡ离子处于扭曲的八面体几何构型。在桥联的4,4-dpy中，二个吡啶环的二面角是36.5°，而端基配位的4,4-dpy中，二个吡啶环的二面角是18.8°。通过分子间氢键的相互作用，配合物分子沿a轴方向形成“Z”字形一维链结构，在相邻吡啶间存在弱的π-π分子间堆积作用。通过对实验数据进行拟合，表明分子内二个CuⅡ(S=1/2)离子间的磁交换偶合是弱的反铁磁性(J=-0.38cm-1)。