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随着超分子化学研究的不断深入，设计、合成结构新颖、性能优越的新型金属-有机超分子化合物已经成为超分子化学研究的一个热门课题。新型的超分子化合物具有合成简单可控、结构复杂多样等优点，在分子探针、荧光、磁性、催化、吸附和主客体识别等诸多方面有着潜在的应用前景。金属-有机超分子化合物的研究，不仅为超分子化学的发展注入了强劲的活力，而且为制备具有光、电、磁等性能的新型分子材料和分子器件提供了崭新的研究思路。 本论文选用五种不同的杯芳烃主体分子，在溶剂热的条件下和辅助分子/离子的作用下，将其与过渡或（和）稀土金属离子自组装，得到了三十一个结构新颖的高核金属-杯芳烃超分子化合物，并对它们的结构和性能进行了研究。 化合物1-8是利用原位生成的杯[4]芳烃四核金属钴或镍簇结构基元与无机磷酸或有机膦酸根构筑得到的高核的M4n金属纳米笼（M=Ni或Co，n=2-6），亦就是Ni8，M12(M=Ni或Co)，M16(M=Ni或Co)，Co20以及Co24纳米笼。Ni8笼中金属离子处于椅式构象，M12、M16以及Co24纳米笼具有封闭的核壳结构，然而新颖的Co20纳米笼则具有开放结构的化合物，而且是首个由五个杯芳烃本体构成的配位化合物。 在利用不同的无机磷酸碱金属盐时，得到了两个二十四核钴纳米笼Na2@Co24(9)和K@Co24(10)。我们发现在这两个化合物中，碱金属离子起到了模板剂的作用。也就是说，在Na2@Co24中两个钠离子作为阳离子模板剂，而在K@Co24中则是由一个离子半径更大的钾离子作为模板，由于上述不同的模板作用导致其形状由椭球形的Na2@Co24变成了的球形的K@Co24。需要指出的是，在化合物10中同时包含带正电荷KCo24+核和带负正电荷KCo24-核。 当我们引入金属锰离子到上述硫杂杯[4]芳烃-膦酸根体系中时，得到了化合物11和12。虽然它们都包含三个羽毛球状分子结构单元，但是它们的结构截然不同。研究表明，膦酸根的种类对化合物最终的结构有很大的影响。当引用叔丁基膦酸时，得到的是一个鼓状十四核金属锰簇;当引用苯基膦酸时，得到的是一个状石状十六核金属锰簇。需要指出的是，化合物12是首个同时包含有机膦酸根和无机磷酸根配体的化合物。 由于前面得到的十二个含硫杯[4]芳烃化合均显示反铁磁性，于是我们引入亚甲基桥联的杯[4]芳烃，研究这样的改变能否对磁性产生影响。在这种思路的指导下，我们得到了化合物13和14。两上化合物都包含了包裹了一个碳酸根的九核金属钴簇。只是由于苯基膦酸的引入，化合物13中规整的三冠三棱柱状的内核，变成了化合物14中扭曲的三冠三棱柱状的内核。研究还显示化合物13和14的磁性表现了自旋玻璃的行为，同时内核结构的改变也导致了磁性的改变。 在引入手性(1R，3S)-(+)-樟脑酸作为辅助配体时，我们得到了三个金属钴化合物(15-17)。化合物15和16都是由两个羽毛球状分子结构单元与樟脑酸配体构成的。其中化合物15是由两个樟脑酸配体连接成的棱形格子状的分子实体，而16则是由三个樟脑酸配体连接成的手性分子笼结构。化合物17是由羽毛球状分子结构单元与樟脑酸配体与原位甲酸根离子形成的罕见的深穴型金属-杯芳烃聚合物。 当引入稀土钕离子到杯[4]芳烃—膦酸根体系时，我们得到了化合物18-21。其中，化合物18和19结构相似，都是包含一个内嵌两个金属而外围由八个金属离子连接成的圆盘状的金属内核。化合物20是一个具有十一核稀土的纳米笼。化合物21是一个结构不规则的十九核金属簇，其中原位生成的甲酸根对形成这个高核簇起到了很大的作用。 另外，当我们选用更大的杯[8]芳烃(H8BC8A)时，我们得到了化合物22和23。它们都包含由两个杯[8]芳烃和四个苯基膦酸根包围的、具有哑铃状的十金属内核。这两个化合物的堆积方式很有意思，它们同时包含了阳离子型的十金属Ln10层和阴离子型(H6BC8A)2-层。 由于近年来，人们对过渡-稀土异金属化合物有着极在的兴趣。于是，我们也探索有用杯芳烃构筑过渡-稀土异金属化合物。首先，通过一锅合成法，我们得到了四个同构的3d-4f异金属化合物(24-27)。结构研究表明四人个化合物都包含一个风筝状的ZnⅡLnⅢ3内核。研究还显示，在化合物25中硫杂杯[4]芳烃配体对稀土铽具有很好的敏化作用;而化合物26则表现了出慢驰豫的磁学行为。 另外，通过晶体工程的策略，我们得到了一系列异金属异金属-杯芳烃笼状超分子化合物。具体来说，利用前合成的3d-4f异金属Na2NiⅡ12DyⅢ2化合物作为分子结构单元，通过分步合成的方法，与一系列不同长度的线性二羧酸配体，得到了一系列具有不同空腔，不同窗口大小的三棱柱状的3d-4f异金属笼状超分子化合物。具我们所知，这是目前为此首次报道的基于三金属组分的分子结构基元的纳米尺度的超分子笼状化合物。我们还对它们的吸附和磁学性能进行了初步研究。结果表明，这些化合物仍保留Na2NiⅡ12DyⅢ2结构基元中慢驰豫的磁学行为。 以上这些研究结果，不但极大地丰富了超分子化学的研究内容，而且为研制和开发在荧光性能、磁学性能和吸附性能等领域具有潜在应用前景的新型金属-有机超分子化合物提供了理论基础和实验模型。