γ-丁内酰胺(吡咯烷酮)是一类分布相当广泛的含氮五元杂环化合物,存在于许多天然产物和非天然合成化合物的分子基本骨架中,而这类分子大部分具有很好的生物活性和医药价值。为了便于化学合成和生物医学应用研究,发展简单高效的化学方法来构筑各类γ-丁内酰胺衍生物,一直以来都是当代有机合成化学中最为重要的领域之一。截至目前,在化学家发展的一系列合成策略中,过渡金属催化的分子内环化反应,亚胺和琥珀酸酐的环加成反应和烯丙基硅的[3+2]环加成反应是比较经典的合成方法。然而这些催化体系主要致力于γ-丁内酰胺衍生物的消旋合成,在不对称合成方面很少有出色的工作被报道。鉴于手性是自然界的基本属性之一,特别是在生命物质中至关重要,不同的对映体可以表现出完全不同甚至相反的生物活性。因此,发展出简单高效的合成光学纯γ-丁内酰胺衍生物的化学方法显得非常必有,且具有实用价值。本论文的工作主要围绕对映选择性地合成γ-丁内酰胺衍生物这一目的,以发现和发展各种新的不对称反应方法学为主要内容。我们以γ-丁烯内酰胺、三甲基硅腈和恶唑酮为起始原料进行不对称加成反应,并且将这些反应应用到γ-丁内酰胺衍生物或者其前体的不对称合成中。本论文分为五章。第一章是针对γ-丁内酰胺衍生物的各种合成方法,以及从γ-丁烯内酰胺出发合成光学活性γ-丁内酰胺衍生物,对这两个方面的研究进展进行文献综述。在第二章,我们首次发展了 γ-丁烯内酰胺底物的不对称Aldol加成/异构化反应、不对称插烯1,6-加成反应、不对称插烯Michael加成反应。此类方法不仅拓展了丁烯内酰胺底物的反应位点,使之能够在其α-位发生亲核加成;也拓宽了其γ-位的不对称加成反应类型;与此同时,我们用一种简单间接的策略合成该底物的烷基酯衍生物,为合成各种取代的γ-丁内酰胺提供了三种新方法。在第三章,我们发展了一种新颖的手性酚镁催化剂催化的不对称共轭腈化反应,不饱和酮和酰胺底物都取得很高的立体化学控制。这些腈化产物在非常温和的还原条件下,一步反应就可以合成高光学纯β-位取代的γ-丁内酰胺衍生物。相比于以往过渡金属催化体系,最近发展起来的镁催化剂廉价无毒环保,为该类化合物的药物化学研究提供了新的研究平台,也代表了化学催化领域中一种更加注重实用的发展方向。在第四章,我们发展了恶唑酮对不饱和三氯甲基酮的不对称1,4-加成反应,合成一系列多取代光学纯γ-丁内酰胺衍生物合成中非常重要的合成前体,通过文献报道的合成路径,加成产物环异构化就可以合成它们。该方法为合成多手性中心、多功能化的光学纯丁内酰胺提供了全新的途径。最后一章是对本论文工作的总结和展望。