本论文围绕有机双功能氢键催化剂的设计、合成及其在不对称催化反应和药物合成中的应用展开研究,主要分为以下四个部分：第一章综述了近十多年来有机双功能催化剂的发展及其在不对称催化反应中的应用。列举了几类的重要有机双功能催化剂,例如：硫脲类、磺酰胺类和方酰胺类,并提出了该领域未来的研究方向和挑战。第二章利用方酰胺双功能催化剂发展一类高效的1,3-二羰基化合物的不对称Nitroso Aldol反应新方法。考察了各种1,3-二羰基化合物对反应收率和对映选择性的影响,以中等的收率和最高98%的对映选择性获得N-Nitroso Aldol产物,并提出了可能的催化反应机理。该N-Nitroso Aldol产物经冰醋酸和锌粉还原得氨基酸衍生物。第三章以工业生产氯霉素的废料氯霉胺为起始物,设计、合成一系列新型手性氨基醇双功能催化剂Cat1-10。并以环酸酐的不对称醇解反应模型考察了这些双功能催化剂的活性和立体控制能力。在该类催化剂作用下,一些列的单环、双环、三环酸酐均能顺利地进行不对称醇解反应,其产物半酯收率最高达97%,对映选择性最高达93%。该半酯可被进一步衍生化,以高效和高立体选择性得到手性内酯。此外,该催化方法被应用于P2X7受体抑制剂的关键中间体的合成。第四章利用新型氨基醇双功能催化剂发展了一种高效、高对映选择性的环酸酐不对称硫醇解反应新方法。各种单环和双环酸酐的不对称开环均能顺利进行,并获得最高94%的收率和92%的对映选择性。不同取代基的芳香硫醇和烷基硫醇被用作亲核试剂,能获得78-92%的收率和82-92%的对映选择性。此外,采用该催化体系设计了一条普瑞巴林的不对称合成新路线。该路线以3-异丁基戊二酸酐为原料经五步反应,以37%的总收率和99%的ee值获得普瑞巴林。