合成具有生物活性的配体，并研究它们的生物作用原理是发现无机药物必不可少的基础性工作，也是无机药物化学的主要研究内容之一。本论文涉及的研究工作即属于该范畴，主要包括两个方面的内容：四氮杂环十四烷衍生物配体的合成；化合物的生物活性及其作用的原理。 本文回顾并总结了一种在生物医学领域具有广泛应用潜力的配体--1，4，8，11-四氮杂环十四烷(cyclam)--的不同合成方法，使用两种方法合成了cyclam。并合成了8种cyclam的N-取代衍生物，其中L1、L2和L3已见文献报道，但没有任何相关性质研究；L4、L5、L6、L7、L8属于四氮杂环十四烷的新型衍生物，未见文献报道。八种化合物都使用熔点、红外光谱、核磁氢谱、元素分析进行了表征。研究了这八种化合物的生物活性，对金属离子的识别能力。本论文的目的在于研究这八种化合物的体外抗氧化生物活性和对金属离子的识别。 本文主要研究了L1、L2、L4、L5、L8五种配体样品的对超氧阴离子自由基(O2-·)、1，1-二苯基-2-苦肼基自由基(DPPH·)自由基和羟基自由基(·OH)的清除活性。证明所合成的五种化合物对三种自由基均有一定程度的清除作用，并分析了化合物结构对清除自由基活性的影响。研究抗超氧阴离子自由基的时候，分别采取了固定浓度的配体样品随时间变化清除自由基的实验和不同浓度的配体样品在固定反应时间里清除自由基的实验两种实验方法。分别作出吸光度-时间工作曲线和清除率-样品浓度工作曲线，并拟合工作曲线计算出EC50值。通过研究知道它们的清除超氧自由基的能力随样品浓度的增加而不断增强，而且通过EC50值的比较，得出它们清除超氧自由基的能力大小。研究抗DPPH·自由基的时候，采用了不同浓度的配体样品对自由基的清除作用的实验方法。通过做清除率.样品浓度工作曲线，拟合出回归方程，从而计算得到EC50值。通过研究知道它们都具有非常好的清除DPPH·自由基的能力，并且随样品浓度的增加而不断增强，而且通过EC50值的比较得出它们清除DPPH·自由基的能力。研究抗羟基自由基的时候，采用了不同浓度的配体样品对自由基的清除作用的实验方法。通过做清除率-样品浓度工作曲线，拟合出回归方程，从而计算得到EC50值。通过研究知道它们都具有非常好的清除羟基自由基的能力，并且随样品浓度的增加而不断增强，而且通过EC50值的比较得出它们清除羟基自由基的能力。 在离子识别实验方面，利用荧光光谱法分别研究了L1～L8八种配体对多种金属离子的荧光识别作用。发现它们对金属离子的识别不受金属盐的酸根离子的干扰。通过荧光滴定实验，可以计算出它们对可识别的金属离子的相互作用稳定常数K值，并判断它们的荧光猝灭是静态的还是动态的。与此同时，还通过化学软件hyperchem，优化了L1～L8八种配体的能量最低时的结构构型，并且从理论上模拟了L1～L8与它们可以识别的金属离子的配位模式构型，计算了它们配位的单点能，通过单点能的比较，从理论上验证了它们与金属离子相互作用的强弱。L1可以选择性地识别Na+、Cu2+，K(Na+)=4.19×103M-1，K(Cu2+)=3.94×103M-1。L2可以选择性地识别Cu2+、Ru3+、Fe3+，K(Cu2+)=1.11×104M-1，(Ru3+)=1.07×104M-1，K(Fe3+)8.5×103M-1。L3可以选择性地识别Fe3+、La3+，K(Fe3+)=4.3×103M-1，K(La3+)=3.9×103M-1。L4可以选择性地识别Ru3+、Fe3+、Cd2+，K(Ru3+)=5.6×104M-1，K(Fe3+)=3.7×104M-1，K(Cd2+)=2.6×104M-1。L5可以选择性地识别Fe3+、Ag+、Mg2+、Ru3+，K(Fe3+)=8.98×105M-1，K(Ag+)=2.9×105M-1，K(Mg2+)=7.7×103M-1，K(Ru3+)=7.3×103M-1。L6可以选择性地识别Fe3+，K(Fe3+)=3.6×103M-1。L7可以选择性地识别Ru3+，K(Ru3+)=8.6×103M-1。L8可以选择性地识别Fe3+、Ru3+、Ni2+、Cr3+、Sr2+，K(Fe3+)=3.15×104M-1，K(Ru3+)=2.87×104M-1，K(Ni2+)=2.51×104M-1，K(Cr3+)=1.44×104M-1，K(Sr2+)=1.23×104M-1。