本论文主要介绍了芳基酰胺和碗烯化合物新官能团化策略的研究。多环芳香碳氢化合物是一类具有特殊结构和性质的化合物。由SP²杂化的碳原子组成的多环芳香碳氢化合物由于它们具有离域π键的结构,使得这些化合物具有一系列的特殊性质。碗烯属于曲面多环芳香碳氢化合物,是一种将五个苯环并入一个五元环的分子结构,其中20个π电子的总数与休克尔4 n+2规则冲突。因为这种特殊的结构,碗烯具有一个曲面类似于碗状的芳香结构,这种结构也是组成富勒烯的最小结构单元,同时也赋予了它不同于平面多环芳香碳氢化合物的电化学特性,这些独特的电化学性质也使越来越多的人开展对这类分子的研究。其曲面的形状和独特的化学结构赋予了碗烯很多特殊的物理性质,包括金属配合能力和氧化还原活性。与富勒烯相比,碗烯可以更容易地被修改,以改变其衍生物的溶解度,能量水平,电荷载体传输属性等。通过上述研究工作拓宽了碗烯的应用领域,包括聚合物,树枝状大分子,分子镊子,液晶材料,以及作为碳纳米管的前驱体。与传统的平面多环芳烃（苯、萘、蒽等）相比,新型的碗状结构赋予了碗烯特殊的物理性质。例如,碗烯分子具有偶极矩和自互补形状,这可能导致极性晶体的形成。此外,具有碗状结构的分子具有作为光电有机材料的潜力。碗烯的碗状结构还可以从低能碗状结构转化为高能量的扁平结构,然后转变为另一种低能碗状结构。在室温下,碗烯的分子结构可以快速翻转并自由流动。电化学性能也是碗烯研究的热点之一。循环伏安法测定的碗烯的第一还原电位、第二还原电位和第一氧化电位,与温度、溶剂、电解质等测量条件密切相关。在低温（213 K以下）的条件下,将溶剂和电解质适当组合进行实验,可以观察到第三种还原电位。取代基的种类和数量对碗烯及其衍生物的还原势有较大的影响。甲基是一个弱的供电子取代基。甲基基团的加入使碗烯核的还原电位为负。单卤代碗烯中的卤素取代基,如F和Cl,对碗烯的还原势没有明显的影响。强吸电子取代基,三氟甲基,使碗烯衍生物的还原势发生较大的正向迁移。有机合成领域中存在许多复杂的分子结构,在传统的合成方法中这些结构需要采取多步合成的方法。从起始原料的选择到合成路线的设计,再到反应路线的实施、改进和优化,这些预备工作对于研究人员来说是一项艰巨的挑战。设计此类新型芳香碳氢化合物的关键在于理解其结构与功能之间的关系。这些新型芳香碳氢化合物可能在生物医学领域和电子材料领域具有重要的直接和潜在的应用价值。有机合成的方法包括正向合成分析法和逆向合成分析法。正向合成分析法是从已知原料入手,找出合成所需的直接或间接的中间体,逐步推向合成的目标有机物。逆向合成分析法是设计复杂化合物的常用方法。它是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体,而这个中间体,又可由上一步的中间体得到,依此类推,最后确定最适合的基础原料和最终的合成路线。本论文分为五个章节。第一章介绍碗烯的首次合成以及合成路径的多次优化。卤代碗烯及其衍生物的合成。第二章介绍N-甲氧基苯甲酰胺与1,2-二溴乙烷的环合反应,通过添加剂的筛选,进行该反应的优化。第三章介绍了以Siegel课题组开发出的公斤级合成碗烯的路线为背景,为本课题的研究提供了充足的实验原材料。以单溴碗烯为原料合成各种碗烯衍生物,并且介绍了四溴碗烯的合成以及以其为原料,通过Suzuki反应,合成多种四芳基碗烯衍生物。第四章介绍对本研究工作的总结以及未来的工作安排。第五章介绍芳基酰胺以及各种碗烯衍生物的表征,本次研究涉及的所有反应的具体实验步骤以及图谱的展示,使读者更具体更形象地了解这些化合物。第一章首先介绍了碗烯的合成历史。碗烯被认为是组成富勒烯的最小单位。它是一种多环芳烃（PAH）,五元环外嵌有五个苯环。由于其碗状结构所具有的特殊的电化学、光学和立体化学性质,引起了人们的广泛关注。激发了研究人员对高效合成碗烯的热情。碗烯的合成路径于1966年由Lawton和Barth首次报道。他们以苊为起始原料,通过17步合成碗烯。虽然这是一项开拓性的研究工作,但是实验耗时长,总收率很低（<1%）。1976年,Hanson和Nordman合作获得了碗烯的X射线数据,揭示了具有理想C₅v对称性的分子结构。X射线分析显示其呈碗状形状。五元环引入SP²碳六角网络,清楚地解释了芳香体系的形成和欧拉规则。延长欧拉表面的曲率可以导致分子碳球或巴基球的形成。这种结构特征在富勒烯的二十面体笼形结构中可以很明显的体现出来。经过Lawton和Barth的开创性的工作,Craig和Robins于1968年和Davy和Reiss于1979年分别报道了两种不同的关于碗烯合成的方法。Craig和Robins首次尝试采用环化的方式来合成碗烯,然而,所有的反应条件并没有产生所需的闭环结构。Davy和Reiss所采用的方法也是采用环化的方式。不幸的是,两种尝试都失败了。但是这两个例子都给我们带来了新的启发和思路。1991年初,在Lawton和Barth首次进行碗烯的全合成多年之后,Scott发表了一篇通过闪速真空热解（FVP）改进碗烯合成的文章。2012年,Siegel课题组报道了公斤级生产碗烯的方法。他们以间甲基氯化苄作为原料,经过一系列的合成,得到中间体四甲基苯并合萘化合物。接着,以四甲基苯并合萘化合物为底物,使用NBS作为溴源,在氯苯溶液中加热且光照,得到了八溴取代的产物。接着,八溴化合物与30%（质量分数）Na OH水溶液进行反应,用异丙醇作为溶剂,合成四溴碗烯。最后四溴碗烯在3-甲基吡啶溶液中,与5%Pd/C,甲酸,三乙胺进行高温回流反应,合成碗烯。制备碗烯的两个关键合成方法可分为固相法和闪速真空热解法,这两种方法各有优缺点。传统的固相合成方法需要一种特殊的合成策略。缺点是合成步骤比较复杂并且总收率低。高温热解途径可以解决一些问题,但这一策略也存在一些缺点:（1）中等收率;（2）小规模运行;（3）几乎没有官能团耐受性;（4）潜在的热重组分子框架的高温（1000～1300摄氏度）导致的副产品。因此,在温和的合成条件下（液相中）以千克规模合成碗烯成为促进碗烯研究领域的重要目标。幸运的是,各种卤代碗烯都可以通过碗烯的衍生化获得,金属催化及介导的反应在温和的条件下为碳碳键的形成（或环的闭合）提供了有效的方法,丰富了碗烯的衍生物种类的多样化。第二章介绍了N-甲氧苯甲酰胺与1,2-二溴乙烷进行环合反应。通过添加剂（氧化剂、酸和碱）的筛选,从而提高环合反应产生的两个产物的总收率,在后续的研究中,控制两个产物的比例也是一项必要的工作。在2018年时,有类似的研究工作已经被其他课题组发表,只能停止了该课题的研究。第三章介绍了单溴碗烯和四溴碗烯的应用。研究了单溴碗烯的反应活性,并与碗烯进行了比较。单溴碗烯可以使碗状结构变平并改变其电子性质。芳香族化合物的卤素衍生物作为常见的中间体,在许多合成转化中发挥着重要作用。它们的重要性源于亲核芳香取代反应的多样性,而亲核芳香取代反应通常是由过渡金属介导的。单溴碗烯也是第一个碗状苄基的有效中间体,尽管在有机化学中的合成中得到了广泛的应用,但它们的结构和配位研究还很缺乏。作为我们正在进行的研究项目的一部分,我们的重点是研究金属与平面和曲面的多芳香族化合物的结合,并测试单溴碗烯的反应活性和配位性能。在研究工作中,通过单溴碗烯在不同的反应条件下,合成出碗烯羧酸、碗烯吡啶等。以四溴碗烯为起始原料,合成了一系列多芳基碗烯衍生物。由于四溴碗烯是通过大规模、非热解途径得到的,它可以作为进一步阐述碗状体系的一个中间体。通过Suzuki反应,可以把四溴碗烯转化为被各种多芳基取代的碗烯衍生物,这些产物具有较好的脂溶性和光学性能。多芳基碗烯还可以进一步衍生。四溴碗烯经过脱溴反应后,可以合成价格高昂的碗烯。我们课题组中的原料四溴碗烯是根据Siegel组的文献公斤级合成碗烯的方法来进行制备的,四甲基苯并合萘化合物也是从Siegel组得到的。以四甲基苯并合萘为原料,经过两步反应合成出四溴碗烯。四溴碗烯的大量制备为进一步研究提供了便利。第四章介绍了前面工作的总结和未来的安排、计划。碗烯衍生物的合成方法研究课题中还有一些工作还没有完成,需要去探索和研究。例如,合成出的四苯碗烯,尝试和草酰氯反应,来扩大碗烯的母核,或者通过一些氧化条件,将四个苯基以C（sp²）-C（sp²）方式偶联在一起。第五章介绍各种碗烯衍生物的表征数据,本次研究涉及的所有反应都提供了具体实验步骤以及图谱的展示,使读者能够更具体更形象地了解这些化合物。