含氮杂环化合物在农药、医药、材料以及其他精细化工领域中占有重要地位。探索绿色、经济、高效的合成方法,用以构建含氮杂环化合物显得尤为重要。1,3-偶极环加成反应作为构建杂环化合物的重要手段之一,也因此受到了越来越多的关注。本文发展了有机膦及金属催化的原位生成的两性离子与1,3-偶极子的环加成反应,构建了一系列多元含氮杂环化合物,以期望筛选出农药新品种。本文发展了有机膦催化的酞嗪衍生的甲亚胺叶立德与联烯酸酯的新型[3+2]环加成反应,在温和的条件下,以91%-99%的产率构建了一系列酞嗪并四氢吡咯类衍生物,此外还分别以88%产率得到异喹啉并四氢吡咯以及79%产率得到哒嗪并二氢吡咯类化合物,当反应扩大至克级规模时,仍然可以保持98%产率。此反应丰富了有机膦催化领域的[3+2]环加成反应,为合成新型吡咯类杂环化合物提供借鉴参考。本文发展了首例手性膦催化的不对称[4+3]环加成反应。在Kwon手性膦催化下,联烯酸酯与喹唑啉衍生的偶氮次甲基亚胺发生不对称[4+3]环加成反应,可以高达98%产率,33:1 dr的非对映选择性以及96%ee的对映选择性得到喹唑啉并四氢二氮杂卓类化合物,此外,[4+3]环加成产物经氧化开环,可在保持手性的情况下,以高产率得到了系列单环的四氢二氮杂卓类化合物。本文发展了铜催化1,3-偶极子对1,3-偶极子的不对称[3+3]环加成反应。在四氟化硼(四乙腈)铜与手性二茂铁配体催化下,酞嗪衍生的甲亚胺叶立德与亚胺乙酸酯衍生的甲亚胺叶立德可以高达99%产率,>20:1 dr的非对映选择性以及>99%ee的对映选择性,构建系列酞嗪并哌嗪类环状化合物。此外,将反应放大至克级规模时,仍然可以保持95%产率,>20:1 dr的非对映选择性以及94%ee的对映选择性。此反应为手性哌嗪环的合成提供了新的方法依据。本文报道了钯催化的乙烯基碳酸乙烯酯作为五元合成子与偶氮次甲基亚胺的[5+3]环加成反应,在温和的反应条件下,以高达98%产率以及>99:1的化学选择性,构建了喹唑啉以及异喹啉并八元环状化合物,发展了一锅法合成中环化合物。