药物分子与受体相结合除了依靠其静电相互作用外,主要是依靠各种化学键的连接,形成药物-受体复合物,从而达到特定的识别能力。通常来说,基于受体-药物分子相互作用的药物设计主要包括两种模式:通过增加和修饰结合位点来增强药物-受体结合能力;通过修饰药物分子骨架使药物与受体结合更加紧密。后者通常的做法是使用具备刚性结构骨架的分子作为药物设计的基础。具有生物活性的天然产物和天然产物来源的药物往往含有全碳季碳结构,这就使得人工合成含有全碳季碳的结构骨架被广泛用于人工合成各种天然产物和药物中。近年来,随着有机化学家们不断地探索、发展,构建全碳季碳的合成方法学得到了极大地丰富。目前应用最广泛且有效的方法有:周环反应、过渡金属催化的碳碳键形成反应、光化学反应、自由基反应和各种重排反应等。本文的研究内容主要采用理论计算的方法研究一系列构建季碳和全碳季碳手性中心反应的机理以及选择性来源。本论文主要包括以下四个部分的研究内容:1.采用M11-L的DFT计算方法对铑催化的分子内[3+2]环加成反应构建连续季碳的机理进行研究。通过理论计算确定了两条可能的机理。在实际反应中,到底是经过哪个路径是由底物的手性决定的,且反应中产物的手性是由底物中炔烃的α-碳的手性决定的。实验结果也很好的验证了计算结果。2.采用B3-LYP和M11-L的密度泛函计算方法对金催化的串联反应合成8-氧杂并环[3.2.1]辛烷的反应进行理论计算。通过计算得到的机理包括分子内的亲核进攻、分子间的质子转移和半-频哪醇重排三个基元反应。采用不同的底物其区域选择性的来源不同。计算结果也很好的与实验结果相符。3.采用B3-LYP和M11-L的计算方法对Co2(CO)8催化的分子内Pauson-Khand反应选择性的合成含有全碳季碳中心的环戊烯酮的反应机理进行了计算。计算结果表明该反应的决速步和决定立体选择性的步骤都是分子内的烯烃插入钴-碳键。该论文还对用于全合成Retigeranic Acid A中的Co2(CO)8催化的Pauson-Khand反应进行预测与计算。计算结果表明将底物中的羰基转化为羟基能够很好的提高其对映体选择性,得到单一的产物,且实验结果也很好的验证了我们的计算结果。4.采用M06和B3LYP-D3的计算方法对铑催化苯甲酰胺盐C-H键活化反应的反应机理进行研究。通过计算我们发现此反应的催化循环包括铑碳键化合物的形成、C-H键活化、脱氮气、第一次卡宾插入、脱三乙基胺、第二次卡宾插入以及质子交换。此反应中C-H键活化是该反应的决速步。