手性现象在自然界中广泛存在。生物体内的一些分子,如氨基酸、糖类等都具有手性。在药物分子的合成与设计中,也常常涉及到手性分子的构建和手性催化剂的使用。按不同的手性类型分,手性分子又可以分为中心手性分子(或点手性分子),即分子中含有手性碳或其他不对称原子;轴手性分子,即分子中含有不对称轴;和面手性分子,即分子中含有手性面。手性有机小分子催化剂如喹啉类、脯氨酸类、卡宾、手性磷酸等,由于具有对反应条件要求温和,易于获得,易于回收利用等优点,被广泛应用在不对称催化领域。因此,本论文选择了两个不同的有机小分子催化剂催化的反应体系,分别对应轴手性和中心手性的形成构建。具体可以分为以下两部分:1.金鸡纳碱衍生物催化氧烷基化反应轴手性控制机理的计算研究我们利用DFT对金鸡纳碱衍生物催化的四氢萘酮底物的氧烷基化反应的机理,特别是对于反应过程中的手性选择性进行了全面详细的研究。计算结果表明,四氢萘酮底物在碱性条件下,α-H被攫取,与手性奎尼丁季铵盐作用,生成阻旋异构的烯醇铵盐,两种阻旋异构的烯醇铵盐之间可以互相转化,异构过程是可逆的,并且快速地达到平衡。接着,亲电试剂BnI对烯醇进行亲电进攻,发生氧-烷基化反应,这一过程是不可逆的,也是整个反应的决速步,并且氧-烷基化过程是决定产物轴手性的关键步骤。比较氧-烷基化过程的过渡态,在形成主要的轴手性联芳基化合物产物的优势过渡态中,我们认为CH-O非共价相互作用起到了重要的稳定化作用,是控制轴手性的主要因素。此外,CH-O非共价相互作用可以通过独立梯度模型进行分析,稳定化作用的强弱可以通过DFT进行计算。2.1-脯氨酸钠催化立体选择性的α-加成反应中心手性及区域选择性控制机理的计算研究我们利用DFT对L-脯氨酸钠催化的立体选择性的α-加成反应,特别是反应的中心手性控制机理以及区域选择性控制机理进行了详细研究。环已酮底物与L-脯氨酸钠分子通过分子间缩合,得到含有烯胺结构的中间体,随后烯胺六元环与炔基酰胺发生α-加成,经历6-exo-dig过程,生成含有环外烯基、具有中心手性的双六元环。计算研究了环加成过程的立体选择性,炔烃从烯胺六元环的下方或上方进行α-加成,分别能得到不同手性中心的双六元环产物。而在炔烃从烯胺六元环的下方进行α-加成的过渡态结构中,由于钠离子与底物羰基的强静电相互作用,稳定了过渡态结构,使得该过渡态成为优势过渡态,生成主要的对映异构体。另外,计算还研究了环加成过程的区域选择性,炔烃从烯胺六元环的下方或上方进行β-加成,分别能得到不同手性中心的七并六元环产物。同样地,在炔烃从烯胺六元环的下方进行β-加成的过渡态结构中,由于钠离子与底物羰基的强静电相互作用,稳定了过渡态结构,使得该过渡态成为优势过渡态,生成主要的对映异构体。但形成七并六元环产物的过渡态远没有形成双六元环的过渡态稳定,因此,形成七并六元环的过程是不利,反应的区域选择性倾向于生成双六元环产物。