分子机器(molecular machine)是由多个不连续的分子单元组装而成，并且能够实现特定功能的超分子组装体。这个超分子体系能在外界某种刺激(输入)的作用下，产生象机器一样的运动(输出)。分子机器通常有三种类型：轮烷，类轮烷(轮烷和类轮烷可以统称为分子梭)和索烃。分子机器在分子开关、分子逻辑门、信息存储、医药运输等领域有着潜在的应用价值。论文在课题组前期工作的基础上，构建了多个基于环糊精的新型分子梭，并系统地研究了各自体系的光物理光化学性能。 本论文的主要内容和结果包括以下几个方面： 第一章综述了分子机器的研究进展。介绍了分子机器的定义，分别举例介绍了分子机器的三种类型：轮烷、类轮烷和索烃：举例介绍了化学反应能、电化学能、光化学能等其它能量驱动方式；介绍了核磁共振法、紫外可见光谱法、循环伏安法、荧光光谱法、圆二色光谱法等用来识别分子机器位置状态的方法；另外对分子机器在分子开关、分子逻辑门、存储器等领域的潜在应用也作了举例说明。 第二章设计合成了基于α环糊精和葫芦[7]脲的类[4]轮烷型分子机器1，另外合成了分别基于α环糊精的类[2]轮烷2和基于葫芦[7]脲的类[3]轮烷2’这两个作为参比的分子机器。通过用365nm和430nm波长的紫外光照射可以使化合物中的偶氮苯单元发生可逆的光致反顺异构，从而推动1和2中环糊精发生运动，进一步引起了体系的诱导圆二色信号强度发生减弱又恢复的变化。另外将分子机器1和2掺杂进入由表面活性剂复配而成的水凝胶体系中，通过研究体系的圆二色和紫外吸收光谱，发现两端含有葫芦[7]脲包结单元的类[4]轮烷1相比不含此包结单元的类[2]轮烷2更容易实现机器动作。这是因为在非溶液介质中，体积较大的葫芦[7]脲包结单元为体系相对较小的α环糊精起到了更多的空间开拓作用。 第三章设计合成了一个新型的环糊精[1]轮烷分子机器。通过用偶氮苯对环糊精小口端6位伯羟基进行修饰，使此修饰物在水溶液中发生自包结，然后通过Suzuki偶联反应连接以阻挡基团形成[1]轮烷。这是首先采用直接法来合成环糊精[1]轮烷，对于构建环糊精分子机器有很大的指导意义。同时系统地研究了此[1]轮烷分子机器在365nm和430nm波长的紫外光照射时可逆的光致异构动作。 第四章在合成6位伯羟基进行修饰的环糊精[1]轮烷工作的基础上，设计合成了在环糊精大口端2位仲羟基修饰的环糊精[1]轮烷分子机器。通过选择性的对环糊精2位仲羟基进行化学修饰，得到了2位用偶氮苯修饰的环糊精衍生物，再经水溶液中自包结，Suzuki偶联连接以阻挡基团得到了2位的[1]轮烷异构体。并系统地研究了其在365nm和430nm波长的紫外光照射时可逆的紫外和圆二色光谱变化等光物理光化学性质。 第五章在本课题组之前工作的基础上，研究了构建环糊精[2]轮烷时环糊精的定向包结问题，提出了两种可以控制环糊精定向包结形成类轮烷复合物的方法：首先用一个含有萘酰亚胺-二苯乙烯的中间体化合物与α环糊精进行热力学控制的包结反应，形成了构型单一的类[2]轮烷复合物，随后再与阻挡基团发生Suzuki偶联反应形成构型单一的环糊精[2]轮烷R3；另外由于硼酸化合物对含有二醇单元的环糊精大口具有定向识别作用，在含有α环糊精的水溶液中，先用含有“长链”的硼酸化合物与环糊精形成定向包结物，然后再与含碘苯的阻挡基团中间体发生Suzuki偶联反应生成了构型单一的[2]轮烷R4。同时研究了[2]轮烷R3和R4在365nm和430nm波长的紫外光照射时的可逆机器动作。 第六章构建了一个β环糊精/偶氮苯二酚/α溴萘(β-CD/AzoOH/α-BrNp)三元类轮烷体系，用360nm和430nm波长的紫外光照射来控制偶氮苯二酚、α溴萘与环糊精的竞争性包结，从而可以控制β-CD/α-BrNp包结体系所产生的明显的室温磷光(RTP)的出现与消失。这是一个非常有趣的光控RTP变化的超分子类轮烷体系。 第七章设计了期望实现凝胶态的分子机器，对其合成作了一定程度的探索；另外设计了含有卟啉功能单元的分子机器化合物，相关工作仍在进行中。 第八章结论。