C-C键的构建是合成化学最核心的研究内容,特别是基于羰基官能团的特性实现对该类化合物不同位点的立体选择性官能团化,一直是有机合成方法学的研究热点和重点。羰基α-位碳的位点选择性官能团化,在重要天然产物或药物分子关键中间体的合成中具有重要的研究意义。传统的策略是在强碱作用下,羰基α-位生成烯醇负离子,从而与各种类型的亲电性试剂发生偶联环加成或重排等反应,但是这类反应存在原子经济性低,反应条件苛刻,环境不友好等缺点。近年来,随着绿色化学和精细化学理念内涵的不断拓展,对化学合成在原子经济性和立体选择性控制方面提出的更高的要求。本论文将针对羰基α-位碳负离子生成新模式及新反应发现这一关键科学问题,分别利用有机小分子催化和过渡金属催化策略,发展了系列羰基α-位碳的立体选择性官能团化新反应。在本论文中,我们发展了以下三方面的新反应研究:第一部分:钯催化酮与分子内炔烃的α-位烯丙基化:非对映选择性构建[3.2.1]桥环。我们发现钯催化剂直接活化酮形成钯烯醇物种与分子内炔烃的α-位烯丙基化反应。该反应通过调节配体和添加剂可以快速、非对映选择性的得到endo-型和exo-型的环己酮[3.2.1]桥环骨架衍生物。在优化的endo-型和exo-型反应条件下,该反应具有良好的底物和官能团兼容性,值得一提的是,该反应在克级水平也能得到良好的结果,当对endo-型和exo-型的产物进行臭氧化转化时,可以得到不同骨架结构的衍生物。同时,endo-型催化产物可以进一步转化成官能团多样的桥环化合物。最后,通过氘代实验验证了该反应是通过炔烃/联烯异构化产生π-烯丙基钯物种的方式发生的。该反应不需要使用胺作为协同催化剂,原子经济性高。第二部分:布朗斯特碱促发的[3+1]偶极环加成/重排反应研究:构建吡唑螺环氧化吲哚衍生物。我们意外的发现利用N-甲基-3-氯代氧化吲哚作为一碳单元与C,N-环状偶极子在外加有机碱的作用下,可以发生[3+1]偶极环加成/重排反应,非对映选择性的得到结构新颖的吡唑螺环氧化吲哚衍生物。我们采用基于金鸡纳碱骨架衍生的硫脲类双功能小分子催化剂对该反应的立体选择性控制进行了优化。利用密度泛函量化计算(DFT)我们首先对该反应的机理提出了合理解释,同时发现该反应的手性目标产物在室温下经过一个逆偶极环加成的过程发生消旋化。第三部分:经由氮叶立德途径的催化不对称1,2,3-三取代环丙烷化反应研究。在课题组前期发展的经由氮叶立德途径的不对称[4+1]反应基础上,我们通过手性叔胺与α-溴代乙酸乙酯原位生成氮叶立德中间体,实现与糖精衍生的β-位取代的α,β-不饱和亚胺的不对称[2+1]环丙烷化反应,该反应可以高效、高立体选择性构建在药物分子中常见的1,2,3-三取代手性环丙烷骨架。利用转移氢化可以高非对映选择性的得到亚胺还原衍生化产物。机理实验证明该反应是经由氮叶立德途径发生的。