螺环是两个环之间共用一个季碳中心、高度扭曲和高空间位阻的一类化合物,且广泛存在于自然界中。螺环骨架因其刚性的结构特点,在不对称催化、药物设计和功能材料中被大量应用,并因其优异的表现被当作“优势结构”在手性配体和催化剂的设计合成中受到化学家的青睐而被广泛采用。作为有机催化和金属催化领域中主角之一的氮杂环卡宾,自上世纪九十年代初其单体被首次分离得到以来,以迅猛的趋势得到发展并成为催化领域的热点之一。然而,作为优势结构的螺环骨架却没有与成为新宠的氮杂环卡宾完美联姻——基于螺环骨架氮杂环卡宾的合成应用鲜有报道。我们小组曾对基于螺[4.4]壬烷骨架氮杂环卡宾的合成有过初步探索。本论文工作延续了我们小组的这一研究方向,对具有螺环骨架氮杂环卡宾的设计合成及性质研究做了进一步探索。同时,考虑到手性螺环骨架的制备是限制螺环骨架在不对称催化应用中的一大因素。本论文还对手性螺[4.4]壬烷-1,6-二酮类化合物及手性1-氮杂螺[4.4]壬烷-6-酮的合成做了进一步的探索。本论文分三部分进行叙述:1.手性螺环配体及催化剂的研究进展;2.以螺[4.4]壬烷为背景骨架的氮杂环卡宾的合成研究;3.通过Br?nsted酸催化的Nazarov环化串联semipinacol重排反应构筑手性螺[4.4]壬烷-1,6-二酮类化合物的反应研究。第一章,我们对基于螺环手性的配体及催化剂的制备和研究进展进行了综述。按照螺环骨架的不同,分别对螺[4.4]壬烷型骨架、螺二色满型骨架和其它螺环骨架的研究进行了简要介绍。第二章,首先对氮杂环卡宾的发展做了简要的介绍;然后对基于螺[4.4]壬烷-1,6-二酮的氮杂环卡宾的合成研究,从氮杂环卡宾的制备,相应铜、金、铑配合物的合成及性质研究,以及其反应活性研究进行了详细的叙述;最后,对手性1-氮杂螺[4.4]壬烷-6-酮合成路线的优化及基于1-氮杂螺[4.4]壬烷-6-酮的氮杂环卡宾的合成研究也进行了介绍。第三章,本章介绍了我们在合成手性螺[4.4]壬烷-1,6-二酮类化合物上的进展。通过手性Br?nsted酸催化的Nazarov环化串联semipinacol重排反应,我们以高达97%的ee值、96%的产率和大于99:1的非对映选择性合成了一系列手性螺[4.4]壬烷-1,6-二酮类化合物。另外,我们还对该串联反应的机理、取代基效应和立体化学控制进行了初步探讨。