笼状碳氢化合物是一类重要的有机化合物，具有完美的空间结构和独特性能，在高能燃料、药物化学、精细化学品、功能材料等诸多领域都具有广泛的应用。论文研究了笼状化合物PCU的合成新工艺及笼状烷烃Csp3-H键直接功能化的方法，取得了一些创新性研究成果。笼状烷烃五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷(PCU)具有高密度、高燃烧热值，可作为高能燃料添加剂。论文对五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷(PCU)的合成工艺进行了改进研究。首次以环戊二烯与对苯醌为原料，采用“一锅法”法合成了五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷-8,11-二酮(PCUD)，克服了传统分步工艺需要分离提纯中间体的不足，且收率提高了10%。考虑到高浓度肼毒性大、操作不便，论文采用较低浓度的水合肼作为Wolff-Kishner-Huangminlon还原的试剂，探讨了碱、水合肼和反应时间的影响，获得此条件下PCUD还原制备PCU的较佳工艺条件，即氢氧化钾与PCUD的摩尔比为8:1，水合肼与PCUD的摩尔比是4:1，反应时间为4h。该工艺改进了传统还原方法中条件剧烈、收率低、选择性差的不足。Csp3-H键的直接功能化反应可有效简化合成路线，原子经济性较高。论文设计和研究了Lewis酸-多卤甲烷超亲电催化体系催化笼状烷烃Csp3-H键的胺化反应，一步实现了Csp3-H键向Csp3-N键的转化；考察了Lewis酸、多卤代甲烷、反应温度、反应时间、反应物料比等因素对Csp3-H键直接胺化反应的影响，得到的胺化反应较佳工艺条件为：2当量三溴化铝、1当量四溴化碳、1当量金刚烷、1当量多氮唑(芳胺)，在0oC反应1小时；拓展研究表明，该碳氢键直接胺化反应普适性良好，金刚烷、1,3-二甲基金刚烷、降冰片烷、五环十一烷均能与多氮唑(芳胺)反应生成单胺化产物。论文还发现，通过调整催化剂与底物的摩尔比，得到了由金刚烷和多氮唑(芳胺)一步反应生成金刚烷1,3-位双胺化衍生物的方法；即4当量三溴化铝和2当量四溴化碳催化1当量金刚烷和2当量多氮唑(芳胺)反应能以较高的收率获得双取代金刚烷胺类衍生物。研究Lewis酸-多卤甲烷催化N-苯基脲与金刚烷的胺化反应时，发现该反应并未按预期的转化——即生成Csp3-N偶联的胺化产物，而是获得了Csp2-Csp3偶联产物。作为亲电取代反应中邻对位定位基团的脲基，表现出了异常的间位定位效应，意外地获得了间位烷基化反应产物。鉴于此，论文探讨了超亲电系统Lewis酸-多卤甲烷催化下，烷酰基苯胺与金刚烷亲电取代反应中烷酰胺基的间位定位效应。探讨了Lewis酸、多卤代甲烷、反应温度、反应时间、物料摩尔比等因素对反应的影响，得到了合成间位单金刚烷基化的烷酰胺基苯和间位双烷基化的烷酰胺基苯的较佳工艺条件，即2当量三溴化铝、1当量四溴化碳、1当量金刚烷、1当量烷酰基苯胺在20oC下反应1h可较高产率的生成烷酰基苯胺间位单金刚烷基化产物，而5当量三溴化铝、2.5当量四溴化碳、2.5当量金刚烷、1当量烷酰基苯胺在20oC下反应1h可较高产率的生成烷酰基苯胺间位双金刚烷基化产物。可能的机理是由于多卤代甲烷正离子与酰胺基团络合生成的阳离子改变了其定位效应所致。拓展研究发现，甲酰胺基、丙酰胺基、脲基、硫脲基均具有间位定位效应。论文还采用固相研磨技术实现了无溶剂条件下AlX3-CX4催化笼状烷烃Csp3-H键的直接胺化。与液相反应相比，固相无溶剂反应中半化学计量的超亲电催化剂即具有较高的催化能力，可高产率的得到胺化产物。此外，论文研究表明微波技术对超亲电系统ZrCl4-CBr4催化笼状烷烃直接胺化反应也有促进作用。论文通过红外、质谱、核磁、元素分析等分析手段表征了所合成的51种笼状烷烃及其衍生物的结构，并培养和测定了1,3-二三氮唑基金刚烷的晶体结构，其晶体密度为1.400g/cm3，达到了通过向金刚烷分子中引入多氮唑基提高金刚烷密度的预期目的。