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近年来,研究发现具有3,4-二氢嘧啶-2-（1H）-酮（DHPM）核心结构的化合物表现出了多种多样的生物活性,如抗病毒、抗菌、抗肿瘤、抗炎、抗高血压、抗癫痫、α1a肾上腺素拮抗和钙通道阻滞等活性。此外,DHPMs在材料化学领域中的功能聚合物、粘合剂和织物染料等方面也有重要应用。因此,在过去的十余年中,DHPMs的催化合成方法又一次成为了有机杂环化学的研究热点之一。Biginelli反应首次由意大利化学家Biginelli提出,被广泛用于合成DHPMs,但产率有待进一步提高。近二十年来,随着DHPMs的广泛应用,大量金属路易斯酸被用于催化Biginelli反应,如ZrCl4/ZrOCl2·8H2O,Cu（OTf）2,Ga（OTf）3,In（OTf）3等。以上的催化方法分为有溶剂和无溶剂两种情况,在有溶剂条件下,一般需要更多的催化剂,反应时间较长。而在无溶剂条件下,则催化剂用量更少,反应速度大幅加快。鉴于均相催化的实用性,寻找更高效、低毒、廉价、易得的金属路易斯酸催化剂仍有重要意义。本课题组前期一直在对第Ⅳ副族过渡金属催化的反应进行研究。我们发现Zr（Ⅳ）盐和Hf（Ⅳ）盐对羰基具有较强的活化作用。在许多反应中,Hf（Ⅳ）盐表现出了比Zr（Ⅳ）盐更好的催化活性。Biginelli反应中醛和β-酮酯中都含有羰基,我们推测Hf（Ⅳ）盐能高效的催化Biginelli反应。本硕士论文的第二章和第三章对Hf（OTf）4催化的Biginelli反应及机理进行了研究;第四章和第五章对利用Hf（OTf）4催化的Biginelli反应合成4H-嘧啶并[2,1-b][1,3]苯并噻唑及反应机理进行了研究。具体内容如下所述。本论文第二章的主要研究内容是对新型金属路易斯酸——Hf（OTf）4催化的Biginelli反应进行研究。本研究以苯甲醛、乙酰乙酸乙酯和尿素在乙醇溶液中的反应为模型,通过一系列Zr（Ⅳ）盐和Hf（Ⅳ）盐催化活性比较,确定Hf（OTf）4为Biginelli反应的最佳催化剂;对一系列反应条件如溶剂效应、催化剂用量和反应温度进行了系统优化,为Biginelli反应建立了一种快速高效的新方法。该方法对不同的醛、β-酮酯和硫脲具有很好的适用性。利用该方法我们成功合成了14种DHPMs。本论文第三章的主要研究内容是对新方法下的Biginelli反应机理进行了系统研究。本研究将复杂的三组分反应拆分为顺序的二元反应,分离得到三条反应路径对应的中间体。顺序二元反应的结果表明,无溶剂条件和Hf（OTf）4的协同作用强化了亚胺路径,激活了烯胺路径。同时,科诺夫那盖尔路径是可行的的。为进一步阐明三元反应中反应物之间的相互作用,我们对三组分反应进行了重新分析。与二元反应不同的是,反应过程中分离得到了大量亚胺中间体,与此同时只有少量烯胺中间体出现,并且整个反应过程中没有监测到科诺夫那盖尔中间体。结果表明,1)无溶剂条件下Hf（OTf）4催化的Biginelli反应强化了亚胺路径,激活了烯胺路径,抑制了科诺夫那盖尔路径;2)亚胺路径是生成DHPM的主要途径,只有少部分的产物通过烯胺路径生成。本论文第四章的主要研究内容是Hf（OTf）4催化的4H-嘧啶并[2,1-b][1,3]苯并噻唑（PBT）的合成方法研究。本章作为Hf（OTf）4催化Biginelli反应的拓展研究,将2-氨基苯并噻唑替代尿素合成结构更为复杂的PBT化合物。为PBT的合成建立了新方法。将该新方法应用于不同的芳香醛、脂肪醛、β-酮酯和环酮中,成功的合成了18种PBT化合物。本论文第五章的主要研究内容是PBT合成机理研究。2-氨基苯并噻唑与尿素反应活性差异较大,根据产物的结构推断,反应一定不是通过经典Biginelli的亚胺路线生成的。因此,本研究借鉴第三章的研究策略,将三组分反应拆分为顺序的二元反应。在二元顺序反应中,我们发现三种反应物可以两两反应,但亚胺中间体和烯胺中间体在加入第三种反应物时都发生了分解,并生成了科诺夫那盖尔中间体,这说明该反应是通过科诺夫那盖尔缩合路径得到目标产物的。由于2-氨基苯并噻唑中的两个N不等价,和科诺夫那盖尔中间体反应的先后顺序还不明确。因此,我们又对三元反应进行了重新分析,重要中间体的捕捉证明了科诺夫那盖尔中间体和2-氨基苯并噻唑先发生烯基与噻唑的N的Michael加成,后进行羰基与环外氨基的分子内缩合。