重氮化学作为有机化学的重要分支,因其反应的多样性和高效性而成为有机合成化学家重要的“工具”。在重氮化学领域,重氮化合物可以在过渡金属催化作用下形成活泼的金属卡宾中间体。这类金属卡宾中间体因其特殊的反应性而被广泛用于有机合成中。我们课题组一直致力于基于亲电试剂捕捉金属卡宾经由的活泼叶立德中间体和离子对中间体的多组分反应研究,该类反应可以一步形成多个化学键从而高效构建复杂的多手性中心化合物。其中,杂环化合物作为一类重要的医药中间体,其高效合成方法的发展一直以来也是我们研究的重点。本论文中,我们首先发展了一系列基于亲电试剂捕捉金属卡宾经由的活泼叶立德中间体和两性离子对中间体的杂环模块顺序组装策略构建复杂的氧化吲哚酮骨架化合物的多组分反应。另外,我们提出了基于对活泼叶立德中间体和两性离子对中间体分子内亲电捕捉直接环化高效构建杂环化合物的反应策略。基于这一新的策略,我们首次提出并发展了一系列基于亲电基团分子内捕捉活泼叶立德中间体直接环化策略高效构建多手性中心五元杂环化合物的反应。同时,我们还发展了一例亲电性的烯醇卡宾中间体参与的经由活泼两性离子对分子内亲电捕捉发生形式上[3+2]环加成构建手性C2,C3-稠环吲哚骨架化合物的反应。论文的第一章介绍了重氮化合物、金属卡宾、叶立德化学、离子对中间体以及杂环化合物等内容。同时,对本论文的研究背景、研究方向和研究思路也作了简单介绍。论文的第二章设计并发展了硫酸铜催化的α-重氮乙酸酯、水和靛红参与的基于亲电试剂捕捉羟基叶立德中间体构建3-羟基吲哚酮骨架化合物的绿色合成方法学。该反应以水作反应物并作为反应溶剂通过简单的萃取分离操作合成了-系列3-羟基吲哚酮衍生物。反应适用于各种不同取代的靛红和不同类型的α-重氮乙酸酯,并以中等到好的收率和中等到好的非对映选择性得到目标产物。论文的第三章和第四章首次实现了基于对3-氧化吲哚重氮、吲哚形成的两性离子对捕捉的aldol型和Mannich型加成反应,并高效构建了一系列重要的3,3’-双吲哚酮衍生物。在醋酸铑催化的氧化吲哚重氮和吲哚形成的两性离子对被醛酸酯或甲醛捕捉的aldol型加成反应的研究中,反应高收率地得到了一类3-2-羟基-3,3’-双吲哚酮衍生物。同时,我们对产物进行进一步的衍生化研究,完成了天然产物(±)-gliocladin C全合成中重要中间体的合成。在醋酸铑和手性磷酸共催化的3-氧化吲哚重氮、吲哚、苯胺和醛酸酯参与的基于两性离子对捕捉的Mannich型加成反应的研究过程中,反应高非对映选择性(>95：5 dr)和高收率地得到了一系列光学纯的3,3’-双吲哚酮衍生物。论文的第五章和第六章设计和发展了基于亲电性基团分子内捕捉活泼叶立德中间体构建多手性中心杂环化合物的反应策略。在该反应策略中,我们设计将氨基或羟基基团和亲电性基团组装于同一分子内。在过渡金属催化剂催化作用下,重氮化合物分解得到亲电的金属卡宾,该金属卡宾与氨基或羟基基团作用得到相应的活泼叶立德中间体,与此同时,同一分子内的亲电性基团捕捉该活泼叶立德中间体在一步形成两个化学键的同时构建具有多个手性中心的杂环化合物。基于这一新的反应策略,我们首次实现了基于相对不活泼的羰基基团分子内捕捉铵基和羟基叶立德的aldol型加成反应,并高效构建了一系列复杂的多取代二氢吲哚、多取代四氢呋喃和多取代四氢吡咯骨架化合物。论文的第七章实现了重氮化合物,芳胺和4-氧代丁烯酸酯参与的基于活泼叶立德中间体捕捉的可调控的定向多样性合成反应。定向多样性合成策略因其具有高效构建结构复杂和多样性的有机分子从而能够满足生物活性测试对化合物的需求的优势而备受医药化学界和化学生物学界的重视。在这一研究中,我们从相同的底物出发,通过加料顺序和反应条件的调控,使得反应经历两条不同的反应途径高选择性地得到两类不同的化合物-四氢吡咯衍生物和链状的a-氨基酸酯衍生物。论文的第八章实现了手性金属铑催化的烯醇硅醚重氮酰胺和吲哚参与的[3+2]环加成反应。在过渡金属催化剂的催化作用下,烯醇重氮化合物形成的亲电性的烯醇卡宾中间体。这类烯醇卡宾因其烯基位具有亲电性,卡宾位具有亲核性而常被视作活泼的1,3-偶极体。因而,该卡宾中间体既可以与稳定的1,3-偶极体发生[3+2]环加成反应,也可以与亲核性的不饱和化合物发生[3+2]环加成反应。基于这样的背景,我们设计并实现了Rh2(S-MSP)4催化的烯醇硅醚重氮酰胺和吲哚参与的经由活泼两性离子对分子内亲电捕捉的不对称[3+2]环加成反应,并通过该反应高区域选择性和高立体选择性地构建了一系列手性的环戊烷稠环二氢吲哚骨架化合物。