超分子化学是当代化学领域的前沿学科,是纳米科学的重要组成部分。作为第二代主体化合物,环糊精又是超分子化学的一个重要研究方向。为了更好地揭示环糊精及其衍生物的分子识别和组装的原理和机制,本论文设计并合成了一系列单修饰和桥联双环糊精,着重研究了它们对某些金属离子或有机客体分子的键合模式和光物理行为；利用修饰环糊精和功能有机客体分子构筑了几种新颖独特的超分子组装体。并探索了它们在环境检测,细胞成像,生物传感以及材料化学等领域的潜在应用。具体研究内容如下：1.简要介绍了超分子化学的概况,并着重对在环糊精,富勒烯,富瓦烯,碳纳米管的分子识别和分子自组装方面所取得的代表性成果和最新进展进行了评述。2.利用紫外—可见光谱,电子自旋共振,动力学实验,以及循环伏安等手段,研究了富瓦烯修饰环糊精自由基正离子和葫芦[7]脲之间的相互作用。另一方面,设计合成了富瓦烯桥联双环糊精,并研究了其与水溶性卟啉之间的光诱导电子转移行为。3.利用click方法,设计并合成了一种含有喹啉基和三唑基的环糊精衍生物,研究了在生理条件下,对二价镉离子的荧光传感行为。喹啉基和三唑基协同配位二价镉离子是导致荧光传感的关键因素。更重要的是,光谱实验表明,当主体化合物键合1-金刚烷甲酸客体后,通过环糊精／底物／二价镉离子三重键合模式,环糊精/1-金刚烷甲酸体系显示出对二价镉离子更有效的荧光传感行为。4.通过Hirsch-Bingel反应,设计并合成了富勒烯桥联的双全甲基环糊精,并通过核磁,质谱,以及元素分析等手段进行了表征。运用分子识别的手段和超分子纳米技术,构筑了具有特定构型的卟啉—富勒烯纳米组装体。在光的激发下,卟啉—富勒烯包合物之间存在着光诱导电子转移行为,会导致卟啉的荧光严重淬灭。我们利用紫外可见光谱,荧光光谱,荧光寿命实验,循环伏安以及瞬态吸收光谱等手段研究了主客体之间的光诱导电子转移行为和电荷分离态。5.设计合成了一种含有双官能团的客体分子,它既含有芳香平面结构的芘,又含有与环糊精空腔尺寸匹配程度很好的金刚烷基团。利用该客体分子,我们通过表面修饰的方法,将单壁碳纳米管分散在水相中。更重要的是,该组装体可以实现对二价镉离子的体外细胞成像。