瓜环(Q[n]s)是在超分子领域中继冠醚、环糊精、杯芳烃之后发展起来的一类高度对称的的桶状大环化合物。由于其特有的结构特征和作为潜在功能材料的应用前景,近年来受到国内外相关学者的广泛关注。目前,瓜环主客体化学作为瓜环化学的核心研究内容,人们对其进行了广泛而深入的研究,并取得了令人瞩目的进展。本论文是在文献调研的基础上,结合实验室现有的研究成果以及对近年来国内外瓜环主客体化学研究的了解基础上,确立了本论文的研究方向和研究内容,即瓜环与线型、枝状分子的超分子自组装。本论文设计、合成了系列碳链长短不一具有一定功能基团的线型分子以及基于卟啉为母体的枝状分子,研究其与不同瓜环的主客体化学。并应用单晶X射线衍射技术、核磁共振技术、等温量热滴定、紫外吸收光谱和荧光光谱等物理化学方法对其自组装体系的性质进行了研究。结果表明:(1)通过调节主客体的物质的量之比,七元瓜环与N,N’-二甲基-苯甲基-1,10-二氨基癸烷的作用模式可以从类轮烷型的包结配合物变成哑铃型的包结配合物。(2)在水溶液和固体状态下,对称四甲基六元瓜环(TMe Q[6])包结N-丁基-4-吡咯烷基吡啶(g1)的烷基链部分形成1:1包结模式的轮烷结构,通过调节Ba2+/SO42-可以实现轮烷的解离与再生。TMe Q[6]与N-戊基-4-吡咯烷基吡啶在水溶液中的包结形式与g1相似。在室温下TMe Q[6]包结4-吡咯烷基吡啶(g0)的吡啶基部分,然而在高温下,g0和TMe Q[6]在水溶液中有多种主客体包结形式。(3)在水溶液和固体状态下,乙二胺盐酸盐在TMe Q[6]的端口外而不进入瓜环的空腔,丙二胺、丁二胺、己二胺到十二烷基二胺盐酸盐在水溶液和固体状态下均能与TMe Q[6]形成稳定的1:1包结物。当烷基链的长度超过了TMe Q[6]的空腔大小时,客体在瓜环中的构象能够发生改变。(4)在溶液状态下,TMe Q[6]分别包结了5,10,15,20-四-(N-戊基-4-吡啶基)卟啉和5,10,15,20-四-(N,N,N-三甲基-4-丁氧基苯基)卟啉的烷基链部分,瓜环与客体形成了4:1的包结配合物。(5)选取了对称四甲基六元瓜环与一系列的镧系稀土金属离子(Ln3+)在不同比例时TMe Q[6]与Ln3+在中性水溶液和酸溶液下的超分子自组装的研究。X射线单晶衍射分析结果显示在不同条件下可得到不同晶型的晶体。这些不同可应用于轻重稀土的分离,即在水溶液中从轻稀土中分离重稀土,在酸溶液中从重稀土中分离轻稀土。该研究不仅加深了对有机客体分子与大环分子间相互作用的理解,而且也促进了新型分子器件的设计与合成。