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分子机器就是从分子水平上去模拟宏观机械运动的一类分子器件。近几十年来化学家们致力于设计合成一系列的人工分子器件如分子齿轮，分子转门，分子闸，分子马达，分子陀螺，分子梭等，并在手性催化、纳米科技等方面有了实际的应用价值。这些研究有助于我们从分子水平上去理解宏观的机械运动，同时也为开发新型的分子器件提供了理论基础。在本论文中，我们基于三蝶烯为转子，构筑了两种不同的旋转型单分子机器，深入研究了这两种分子机器的旋转动力学特征。 1.设计合成了一系列基于三蝶烯为转子的分子齿轮。DFT计算和动力学核磁实验都证实了该分子齿轮的动力学特征不同于传统的分子齿轮，即当其中一个三蝶烯转子围绕C(Tp)-N(amide)键旋转时，另一个三蝶烯转子则在滑移过程保持协同振动。我们在三蝶烯转子上引入甲基取代基之后，虽然提高了分子运动时的吉布斯自由能，但其运动模式仍然保持不变。这些运动特点都证实了该分子器件作为一种新型的分子传动装置，可以实现从旋转到振动的运动模式。 2.设计合成了一系列基于金属配位的分子旋转门。核磁实验证实加入金属离子前，该分子呈打开的状态。加入Ag+后，通过N-Ag的配位作用该转门呈关闭状态，但由于N-Ag键快速地解离和络合，使得此时转子的运动未被限制。但随着温度的降低，不同异构体间的交换被冻结，此时转子的运动被锁死。同时，增加转子的尺寸，分子运动时的吉布斯自由能并未改变。与之相比，加入Pd2+后，在室温下可明显观察到不同异构体的存在，即此时转门处于关闭状态。这些研究都证实了该分子转门的关闭与否与转子的尺寸无关，主要基于金属离子配位能力的强弱，为构建双稳态分子转门提供了新的方法。