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杯吡咯是由吡咯环和sp3杂化碳原子通过吡咯环的α位连接而组成的一类非共轭结构的柔性大环化合物。杯[4]吡咯及其衍生物作为离子及离子对的受体已经广泛的应用于生物生命运动过程、化学传感器、离子萃取、盐溶解、膜运输等领域中。本文运用量子化学计算及分子动力学模拟方法从理论上研究了杯[4]吡咯及其衍生物对富电子体系的离子、离子对的识别作用,并从热力学、动力学及电子结构等方面来阐述各方面的性质及识别作用机理。得到的结果如下：1.采用量子化学中的DFT方法在B3LYP/6-311G**水平上进行计算,分别研究了8-甲基杯[4]吡咯,吡咯、苯、呋喃-带状修饰的杯[4]吡咯四个不同主体化合物识别同一Cl-离子及苯、吡咯-带状修饰的杯[4]吡咯两个不同主体化合物分别识别不同卤素阴离子(F,Cl-,Br-)的稳定构型和作用机理。分析了在真空环境下,主体分子识别离子前后的构型变化,并且对识别作用的驱动力——氢键进行了AIM分析、NBO分析和EDA分析,并对识别的相互作用能进行了基组重叠误差校正。研究发现四个主体化合物在识别X-离子前的构象是1,3-交替式或变形的1,3-交替式构象,当识别X-离子形成复合物之后吡咯环构象都转变为稳定的锥式构象。由于吡咯-带状修饰的杯[4]吡咯中带状修饰基团中N-H键可以与卤素阴离子形成较强的N-H…X-氢键,因此增强了对X-离子的识别作用。而苯、呋喃-带状修饰的杯[4]吡咯中带状修饰基团引入的空间位阻作用强于氢键作用,从而降低了对X-离子的识别作用。通过对识别作用的驱动力——氢键的分析可以得出,卤素离子除了与吡咯环中N-H键形成较强的N-H…X-氢键外,还与桥碳上的C-H键、带状修饰基团中的C-H键形成较弱的C-H…X-氢键,而且此类识别作用的驱动力(氢键作用)主要以静电相互作用为主。2.采用量子化学中的DFT方法在B3LYP/LANL2DZp水平上,研究了8-甲基杯[4]吡咯对(Cs+F-,Cs+Cl",Cs+Br-)离子对识别作用的研究。分析了在真空环境下,主客体分子相互作用前后的构型变化,重点分析了识别阳离子Cs+的作用机理。为了更加准确地反映出识别过程中能量变化的规律,对主客体分子相互作用能进行了基组重叠误差校正。计算结果表明,在离子对的识别作用中,主体化合物识别阳离子Cs+的主要驱动力是缺电子体系的铯阳离子易与较近的富电子基团或阴离子发生静电吸引作用,且阴离子对铯阳离子的静电吸引作用占主要部分。3.采用分子动力学建立的溶剂模型模拟了主客体在二氯甲烷(CH2C12)溶液中三个复合物的简单自组装动力学过程。从动力学模拟的结果中可以得出,二氯甲烷溶剂分子对复合物Cs+F--OC4P简单组装的构象影响较小,而对复合物Cs+Cl--OC4P和Cs+Br--OC4P的简单组装的构象影响较大,成类似折线组装的状态。从体系的总能量方面,我们根据能量越低越稳定原理,可以定性的分析出复合物Cs+F--OC4P是三个复合物中最容易在二氯甲烷溶液中发生简单组装并能够形成稳定的组装体,且对整个体系稳定性起主要作用的是范德华相互作用。