超分子化学是研究分子间通过非共价键相互作用形成的复杂、有序和具有特定功能的分子聚集体。目前,它作为化学的一个独立分支,己经成为近代化学、物理学、生命科学以及材料科学的一个交叉前沿学科。超分子化学的进步与大环化合物的发展具有十分紧密的关联,由于其具有独特的主-客键合能力,大环化合物常被作为特定客体的宿主来开发超分子聚合物、分子组装系统、吸附材料、药物递送载体、催化剂和分子识别体系。其中,柱芳烃作为最年轻的大环分子之一而备受关注,柱芳烃具有高度对称性的刚性富电子空腔结构,由于空腔的两端均具有负电性较强的氧原子,即使不经修饰也能对阳离子和中性客体小分子表现出优越的主客体性能。经过十多年的发展,柱芳烃已经在众多研究学科及领域中表现出了巨大的研究价值。本论文主要基于三种水溶性柱[5]和柱[6]芳烃构筑具有吸附性能、荧光传感和天然药物包埋的分子识别体系。论文主要包括以下六个部分:第一部分:首先,介绍了柱芳烃的合成路线、结构性质及其衍生化方法。其次,归纳总结了柱芳烃的主客体化学性质,例如:基于电荷转移、阳离子···π、静电和疏水等相互作用的主客体络合。最后,综述了部分代表性柱芳烃在荧光传感、吸附分离、电化学和载药体系等研究领域内的应用。第二部分:制备了一种新颖的阳离子柱[5]芳烃改性沸石的吸附材料,并通过扫描电镜、红外吸收光谱和X-射线粉末衍射对其进行表征,研究表明阳离子柱[5]芳烃能成功负载到天然沸石上,然后将其应于有机阴离子染料的吸附。该项研究拓展了新型大环化合物柱芳烃在改性天然沸石吸附材料方面的应用,同时该吸附材料在环境中阴离子有机污染物去除方面有着潜在的应用前景。第三部分:将磷酸柱[5]芳烃作为分子探针,建立了一种检测Fe2+、Cu2+和Al3+的荧光传感方法。研究了磷酸柱[5]芳烃对Fe2+、Cu2+和Al3+的识别性能,通过荧光光谱滴定、化学计量比测试、p H影响分析和抗干扰等实验深入揭示了磷酸柱[5]芳烃对Fe2+、Cu2+和Al3+的识别特性与机理,该项工作可为生物或环境中相关离子的检测识别提供研究基础。第四部分:利用水溶性磷酸盐柱[5]芳烃作为主体,亚甲基蓝作为客体,构筑了主-客体包合物。将包合物用于百草枯的竞争性荧光传感,该包合物探针具有选择性强、制备简单、快速、p H测量范围宽、抗干扰性好等优点,可为生物及环境中百草枯的传感检测提供依据。第五部分:利用水溶性磷酸盐柱[6]芳烃构筑了抗肿瘤天然药物槐果碱的主客体包合物。研究了二者包合时的荧光性质变化、络合常数和络合比,并采用扫描电镜、X-射线粉末衍射、红外吸收光谱和核磁共振对包合物进行了表征。该项工作对水溶性柱芳烃作为槐果碱的药物载体以及药物制剂的研究提供了实验依据。第六部分:采用饱和溶液法制备了3-3′-二羟基联苯胺与水溶性磷酸盐柱[5]芳烃的包合物,研究了二者包合的荧光性质、络合常数和络合比,并采用红外吸收光谱和X-射线粉末衍射对包合物进行表征。进一步研究发现,该包合物可作为Au3+的特异性识别荧光探针,并深入研究了该包合物对Au3+的识别性能。实验结果表明,该探针对环境或生物体内Au3+的传感检测具有潜在的应用价值。