结是最古老的技术之一,几千年来它一直被引入到材料来改变其性能。虽然人们早就知道DNA和蛋白质等生物大分子会自发地形成复杂的拓扑结构,但是打结所带来的确切效果远未被发现。同时,由于化学合成的分子结所具有的特殊性质也很少被探索,因此利用它们的拓扑力学特点来调控其物理化学性质更是少之又少。制约这方面研究的主要原因是除了经典的Sauvage线性螺旋策略和Leigh环状螺旋策略之外,缺乏更有效的合成高阶复杂拓扑分子结的方法。本论文围绕高效合成拓扑分子结这一科学难题,提出一种通用的“嵌套反螺旋”策略,合成一系列分子三叶结,并针对这些分子结的拓扑力学特点采用分子张力工程手段对其性质进行调控研究,主要包括以下四个部分:在第一章中,我们详细地介绍了“嵌套反螺旋”方法以及将6,6′-二甲酰基-3,3′-联吡啶和四个碳原子长的烷基链连接的双联苯胺在二价铁盐的模板诱导下“一锅”自组装合成出纺锤状金属配位三叶结TK4,然后再还原移除金属,得到纯有机的三叶结TK4D,并利用~1H NMR、高分辨质谱和单晶X射线衍射等手段进行了结构的表征。同时我们还采用手性高效液相色谱对金属配位三叶结TK4的一对拓扑手性对映异构体进行拆分并利用旋光和圆二色谱（Circular dichroism,CD）研究了二者的手性光学性质。在第二章中,我们继续用此策略合成了由六个碳原子长的烷基链连接的纺锤状三叶结TK6。我们发现在没有引入任何手性中心的情况下,TK6的两个拓扑手性对映异构体在结晶过程中展现出独特的手性自分类现象。最终,我们借助X射线单晶衍射仪对二者进行了手动分离,用旋光和CD确定了（+）-TK6和（-）-TK6的光学纯度和绝对构型。在第三章中,我们利用分子张力工程手段在三种不同三叶结即TK3、TK4和TK6中引入拓扑张力,实现了热诱导自旋交叉转变现象的机械拓扑张力调控。相对于低温下的晶体参数,高温下,张力较大的TK3和TK4晶体中部分Fe-N配位键键长延长大约10%左右,八面体的畸变角度增加30%左右。这一现象也通过变温液体核磁氢谱和变温磁化率测试进行了验证。而几乎没有张力的TK6没有发生自旋交叉转变过程,只有顺磁性逐渐消失的现象。此外,三种分子结在室温下由于自旋态的差异而导致颜色的不同也可以通过肉眼直接辨别。在第四章中,为了验证“嵌套反螺旋”策略的通用性,我们进一步通过同时延长内核螺旋和外部连接碳链的长度合成了目前为止最长的三叶结TK7,它是由一个111个原子构成的大约11纳米长的闭环组成。该结的成功构建为我们探索合成出其他拓扑结构并实现其功能化提供了方向和思路。