阴离子广泛存在于生物体中,它在医学、催化领域和环境科学中有着举足轻重的作用。由于阴离子在生命科学和化学过程中的重要作用,设计和合成能够选择性识别阴离子的人工受体,越来越受到人们的广泛关注并成为当前超分子化学研究领域的热点。本文在全面阐述和总结近二十年来阴离子识别研究进展的基础上,设计合成了一系列含有酰胺、磺酰胺、亚胺及酚羟基识别位点的新型阴离子受体,对其结构进行了表征,通过紫外-可见光谱法、核磁共振法和电化学方法研究了它们与不同阴离子(F-、Cl-、Br-、I-、AcO-和H2PO4-)的相互作用。具体研究内容如下： 1.设计合成了一系列含有酰胺、磺酰胺、亚胺及酚羟基识别位点,含有NO2、Ru(bpy)22+、Co(phen)22+和二茂铁等信号报告基团的新型阴离子受体,通过核磁共振、元素分析和质谱(FAB或ESI)等测试手段对其结构进行了表征。 2.量化计算、紫外-可见吸收光谱和核磁滴定研究表明：十四元酰胺环主体对F-具有良好灵敏度和选择性,在识别过程中主体和F-通过氢键形成配合物。分子中硝基的引入发挥了最大的效应,一是作为生色基团,报告识别过程,溶液颜色由无色变成黄色,F-能被“裸眼”检测。二是硝基的拉电子能力使NH基团的酸性增强,提高了主体与阴离子的结合能力。七元酰胺环主体与F-、AcO-和H2PO4-之间存在不同程度的结合能力,对AcO-的结合能力最强。含Ru(bpy)22+和Co(phen)22+的开环酰胺主体在所研究的阴离子中对F-的结合能力最强,说明在识别过程中影响主客体结合能力强弱的主要因素是阴离子的碱性和主客体空间构型匹配。 3.在卤素阴离子中,含有NO2的磺酰胺主体对F-有较高灵敏度和选择性,同时伴随有溶液颜色的变化(黄色到深红色),从而实现在卤素阴离子中“裸眼”检测F-的目的。NO2的引入虽然增强了主体与阴离子之间的结合能力,但同时也使主体在识别过程中发生去质子化现象。含有CH3的磺酰胺主体与不同阴离子的结合能力弱于相应的不含取代基的主体,主体中所含取代基的给电子能力越强,主体与阴离子的结合能力则越弱。含Co(phen)22+电化学活性中心的磺酰胺主体对F-、AcO-、H2PO4-有明显的电化学响应,对Cl-、Br-、I-却没有电化学响应,因此其可以作为电化学识别F-、AcO-和H2PO4-的传感器。 4.在中性介质中,研究了含有NO2、邻菲罗啉共轭体系、Ru(bpy)22+的亚胺类受体的阴离子识别性质。从不同主体与同一阴离子结合常数的不同说明：在一定程度上,NO2的拉电子能力强于Ru(bpy)22+,Ru(bpy)22+强于邻菲罗啉共轭体系。核磁滴定结果表明：在含有NO2的亚胺主体和F-的相互作用过程中,主体发生去质子化现象,F-首先与主体中的NH形成氢键,在后续加入的F-的诱导下,NH脱去质子,同时阴离子与邻近NH的CH之间形成新的氢键。 5.研究了含有二茂铁电化学活性中心,基于酚类识别位点的主体与不同阴离子的相互作用。结果表明：主体对F-、AcO-和H2PO4-显示了不同程度的电化学响应；对其它阴离子如Cl-、Br-和I-没有电化学响应。主体都对含氧阴离子(AcO-或H2PO4-)的结合能力最强。可见,在阴离子的识别过程中,影响此类主体与阴离子结合能力强弱的主导因素是空间构型匹配。通过比较同一阴离子与不同主体的结合常数说明不同取代基团的引入会影响主体与客体之间的结合能力,结合能力依照取代基团NO2>Br>OCH3的顺序而减弱。另外,邻位取代基的存在在一定程度上会阻碍主体与阴离子之间有效的结合。通过主体与阴离子作用的紫外-可见吸收光谱干扰实验说明,在阴离子识别研究当中,主体对某一阴离子的强结合能力不受其它阴离子的影响,这一点对于阴离子识别的应用有着重要的理论和现实意义。