随着对自由基研究的不断深入,卟啉及其衍生物以其独特的芳香电子结构而受到广泛的关注。尤其是扩环卟啉,因其具有灵活的分子骨架和大环共轭电子体系,可以作为获得具有未配对电子的稳定自由基的理想平台,本文以中心修饰的八元杂环卟啉为研究对象,对其自由基阳离子的性质进行研究。另外,缩环卟啉中氟硼吡咯（BODIPY）衍生物具有优异的荧光发色团,可以作为荧光探针应用于诸多领域,本文以氟硼吡咯衍生物为研究对象,在其3-号位引入供电子基团扩大分子共轭体系,合成得到近红外荧光探针,并检测其在溶液中对二价汞离子的响应性能以及反应机理。首先,我们分别合成了三种meso-位不同芳基取代的八元杂环卟啉化合物,然后用高氯酸汞进行氧化,合成得到八元杂环卟啉自由基,取代基分别是-C₆F₅、-C₆H₅NO₂、-C₆H₅COOCH₃。通过核磁共振谱图（NMR）、高分辨质谱（HR-MS）、X-射线单晶衍射确定了化合物的结构。氧化之前,八元杂环卟啉分子呈现顺式“8”字扭曲构象,被氧化后成为解扭的平面结构。分析核独立化学位移（NICS）和感应电流密度的各向异性（ACID）图谱,结合紫外吸收光谱（UV-vis）,发现在氧化之前的八元杂环卟啉是非芳香性的,氧化之后得到的自由基阳离子则具有芳香性特征。其次,分别用三氟乙酸和高氯酸汞在二氯甲烷溶液中对八元杂环卟啉进行滴定,测试其紫外吸收光谱（UV-vis）,通过对滴定过程中光谱的变化分析可知,八元杂环卟啉的质子化和氧化过程都是分为两个步骤,并且滴定过程中紫外吸收光谱发生显著红移。氧化过程中,化合物在2100 nm处出现了由自由基阳离子形成的特征谱带。另外,通过电子自旋共振（ESR）和超导量子干涉（SQUID）测试,证明氧化之后化合物存在自由基,并且在50-300 K条件下,分子内自由基存在强的反铁磁性相互作用。最后,在二氯甲烷溶液中分别测定了八元杂环卟啉氧化前后电化学谱图,结果显示,氧化之前,八元杂环卟啉具有两级可逆氧化和三级还原过程,氧化之后,则具有两级不可逆氧化过程和五级还原过程。在两种不同化合物中,由于meso-位取代基的吸电子能力不同,化合物的氧化还原半波电位均随着取代基吸电子能力的增强而向正方向发生偏移。其次,我们首先合成了普通的氟硼二吡咯甲烷（BODIPY）,然后以该化合物作为原料与α-吡咯甲醛进行Knoevenagel缩合反应,得到在BODIPY母体环的3-位引入吡咯乙烯基结构的新型氟硼二吡咯衍生物。对该化合物的性质研究发现,在溶液中,该化合物能识别溶液中的Hg²⁺离子。随着Hg²⁺离子的加入,化合物的紫外吸收光谱发生明显蓝移,溶液荧光被完全猝灭。通过对金属离子竞争性实验,发现该化合物只对Hg²⁺离子有高度选择性。