本论文主要涉及基于优势骨架金鸡纳碱和二茂铁的新型手性配体的设计、合成及其金属配合物在催化不对称反应中的应用研究。主要包括以下三个部分。1.基于金鸡纳碱的Schiff碱配体的制备及其Cu(II)配合物催化的不对称Henry反应在课题组前期研究的基础上,设计合成了四种位阻和电性效应显著的基于金鸡纳碱的Schiff碱配体,并考察了其与Cu(OTf)2 1:1的配合物在醛和硝基烷烃(包括硝基甲烷与硝基乙烷)的不对称Henry反应中的催化效果。研究结果表明,在所筛选的最优反应条件下,大位阻基团叔丁基取代的Schiff碱配体94的Cu(II)配合物能够高效地催化该反应,在5 mol%的催化剂量下,可以高达97%的分离产率、99%ee的对映选择性以及84:16 dr的非对映选择性得到相应的b-硝基醇类加成产物。此外,我们还通过加成产物的绝对构型、配体的X-单晶衍射结构以及配体的Cu(II)配合物的IR,HR-MS图谱等方法就以上催化体系催化不对称Henry反应的机理进行了初步的探讨,并对可能的催化过渡态进行了合理的推测。2.基于二茂铁的新型N,N-配体的制备及其在Pd(II)催化的烯丙基烷基化反应中的应用将吡啶和噁唑啉引入二茂铁骨架,设计、合成了19种新型的手性二茂铁类N,N-配体,并通过NMR,HRMS以及X-单晶衍射等对配体的结构和绝对构型进行了确证。这类配体具有碳手性、面手性等多个手性因素,并且位阻和电性效应高度可调,其中自由的羟基基团可与特定的底物形成次级相互作用。它们还具有稳定性高、合成简便,原料价廉易得等优势。同时,这也是首例同时含有吡啶和噁唑啉砌块的二茂铁类N,N-配体。我们选择Pd(II)催化的(E)-1,3-二芳基乙酸烯丙酯与丙二酸酯的烯丙基烷基化反应对以上配体的催化性能进行了初步的考察。实验结果表明,吡啶苄基位碳原子的绝对构型对催化剂的活性和手性诱导能力起着关键性的作用,此外,自由羟基的存在也是这类配体高催化性能的必要因素;面手性因素考察的结果提示(S)-面手性的配体较(R)-面手性配体催化效果更佳。相对而言,二茂铁环上有无TMS取代基以及噁唑啉砌块上取代基对配体的催化性能影响较小。在优化条件下,5 mol%的Pd(II)/(S,Sp,R)-107a配合物能以高达99%的产率和98%ee的对映选择性得到烯丙基烷基化产物。同时,通过羟基烷基化实验、配体的绝对构型以及烯丙基烷基化产物的绝对构型,我们就催化反应的可能的过渡态进行了推测,并初步验证了配体中游离羟基与底物形成氢键作用的实验设想。3.Chenphos-Rh配合物催化的α-烷氧基和α-芳氧基取代的α,β-不饱和羧酸的不对称氢化反应光学纯的α-烷氧基或芳氧基取代的羧酸化合物是一类重要的生物活性分子和一些天然产物的全合成中重要的有机合成中间体。而过渡金属参与催化的不对称氢化反应是合成α-烷氧基或芳氧基取代的羧酸化合物的最为经济和高效的手段。我们将本课题组开发的二茂铁手性双膦配体Chenphos的Rh(I)配合物作为催化剂实现了α-烷氧基和α-芳氧基取代的α,β-不饱和羧酸的不对称氢化反应,获得了高达99%的产率和99%ee的对映选择性,TON可达5000。此催化体系催化活性高,不需碱性添加剂,且反应条件温和。同时,我们发现,溶剂的选择在以上催化反应中至关重要,配体中-NMe2基团与底物中羧酸根离子以及溶剂之间的相互作用是实现反应高活性和高对映选择性的关键因素。此外,我们还将此催化体系成功地应用于新批准上市的用于治疗心血管疾病的药物Entresto(LCZ 696)的组成成分Sacubitril(AHU 377)的关键中间体的合成中,取得了高达99:1 dr的立体选择性。