杂原子取代炔烃是一类特殊的炔烃,是指炔键直接与杂原子相连的一类炔烃。相比于普通炔烃,由于杂原子与碳原子有电负性的差异,杂原子取代炔烃一般会表现出更高度极化的三键,因此其化学反应活性会相对较高,通常可以实现廉价金属催化,而且在接受亲核试剂进攻时可实现区域选择性的逆转,更重要的是杂原子取代炔烃中的杂原子往往可以引入到目标杂环化合物中,实现有用杂环化合物的多样性合成。因此杂原子取代炔烃的研究在近十几年来越来越受到关注。杂环化合物广泛存在于天然产物和生物药物活性分子中,其中氮杂环、氧杂环和硫杂环化合物占据绝大部分比例。因此,本文将集中于三类富电子杂原子取代炔烃—炔酰胺、炔醚和炔硫醚的研究,实现廉价金属催化这三类杂原子取代炔烃的串联反应,构建一系列有用杂环分子,从而丰富杂原子取代炔烃化学,为构建天然产物和生物药物活性分子的核心骨架提供新的合成策略。论文主要包括以下四个部分:论文第一部分中,概述了几类重要的杂原子取代炔烃及其相关化学;介绍了近年来炔烃与异噁唑的研究进展;综述了电环化反应在有机合成的应用。通过对背景文献的分析和总结,提出了本论文的设计思路和研究目的。论文第二部分中,主要研究了锌催化杂原子取代炔烃与异噁唑的胺化反应。包括炔醚和炔硫醚与异噁唑的反应,实现了廉价金属锌催化炔醚或炔硫醚与异噁唑的催化反应,这也是首例廉价金属催化炔烃与异噁唑的反应。对于炔醚底物,可以控制不同类型取代的异噁唑选择性得到1H-吡咯和3H-吡咯两类杂环。而对于炔硫醚化合物,则可以单一得到β羰基取代的烯酰胺类化合物,得到的产物可进一步衍生化,合成四种不同类型的有用杂环骨架。结合密度泛函理论（DFT）计算,提出了一条全新的反应路径,相比传统的贵金属金或铂催化炔烃与异噁唑的反应,该类反应并没有经历传统的α亚胺金属卡宾中间体,同时明晰了反应区域选择性的根源。论文第三部分中,主要介绍了锌催化炔醚与异噁唑的不对称6π电环化反应。首次实现了廉价金属锌催化的经历6π电环化的形式上不对称[4+3]环加成反应,合成了一系列手性的2H-吖庚因类化合物。同时是首例基于炔烃与异噁唑的不对称催化反应,并第一次实现了炔醚化合物的不对称催化,该反应也是首次报道的庚三烯正离子型不对称6π电环化反应。结合密度泛函理论（DFT）计算,阐释了该反应的反应机理,尤其是阐释了反应化学选择性和立体选择性的控制根源。论文第四部分中,主要研究了铜催化二炔的不对称烯基金属卡宾环化反应。在之前课题组的工作基础上,我们利用炔丙基取代的烯炔酰胺为底物,铜催化下产生铜卡宾中间体,随后与分子内的烯烃发生不对称烯烃金属卡宾环化反应构建手性的含氮多环杂环化合物。该工作首次实现了廉价金属催化的涉及烯基金属卡宾的不对称C-H官能团化/环化反应,并且可以高收率高对映选择性得到相应的手性多环吡咯化合物。