含有手性α-取代基的杂环作为一些基本骨架在药物分子和天然产物等活性分子中广泛存在,例如含有手性α-取代基的四氢异喹啉、喹啉以及异色满类骨架就十分普遍。因此对于这类化合物的不对称合成研究是一个比较热门的领域。传统的合成方法往往依赖手性的原料,进行多步转化,路线一般较长,不符合绿色化学的理念。不对称碳氢官能化反应是近几年有机化学领域的一个热点研究领域。由于该方法使用化合物中普遍存在的碳氢键作为反应活性位点,与传统方法相比,不需要预先进行官能团的转化,因此具有步骤经济性和原子经济性,属于绿色化学的发展方向。但是目前该领域的研究,使用的底物范围还很局限,特别是对于一些低活性底物还没有很好的解决。我们通过前期的研究基础,结合实验中的一些发现,针对这些低活性底物提出了“缩醛池”策略来解决上述问题。即在氧化阶段加入一个强亲核性的质子性的添加物用于捕捉氧化生成的低浓度酰基亚胺离子或氧鎓离子,从而驱动氧化反应进行完全,以缩醛的形式维持其氧化态。然后加入一个合适的酸,缩醛又会转化为对应的高浓度酰基亚胺离子或者氧鎓离子,当其具有比原来更好的阴离子时,亚胺离子或氧鎓离子会更加稳定,因此偶联反应更容易发生。我们通过该策略实现了三类不同杂环化合物的催化不对称合成反应,下面将分三章进行讲解。在第二章,我们实现了氮氨基甲酸苄酯保护的四氢异喹啉与末端炔的催化不对称交叉偶联反应。我们的最优条件包括使用2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物四氟硼酸盐作为氧化剂,用乙醇作为质子性添加剂形成缩醛,三氟甲磺酸镱作为路易斯酸,溴化亚铜和手性吡啶噁唑啉作为催化剂。此外我们发现试剂量的氢氧化钾和水对于对映选择性也是必不可少的。与之前已报噁唑啉道的反应体系相比,使用氨基甲酸酯作为保护基的最大优势就是可以在非常温和的条件下脱除保护,从而大大提高反应体系的官能团兼容性以及合成应用性。为此,我们将得到的偶联产物通过几步简单转化,合成了两个天然产物或者其重要中间体来证明其在合成手性天然产物方面的潜力。初步的机理实验证明亚胺离子与乙醇或者水形成的缩醛都可能是反应的中间体。在第三章中,我们实现了二氢喹啉氮α-位的不对称烷基化反应。我们最开始先研究二氢喹啉与醛的直接偶联反应,结果发现氧化中间体亚胺离子非常不稳定,直接分解变成了芳香化的喹啉,无法实现预期偶联反应。后来我们发现利用“缩醛池”策略,直接用易制备的二氢喹啉缩醛和醛进行偶联反应,可以很好的解决这个问题。最优条件包括使用三氟甲烷磺酸铜作为路易斯酸,手性二级胺作为手性催化剂,此外试剂量的质子性添加剂乙醇对提高产率和选择性也有明显作用。反应的非对映选择性虽然不是很高,但是两对对映异构体的选择性都非常好。此外,我们还尝试了氨基甲酸酯保护的四氢异喹啉缩醛以及氨基甲酸酯保护的四氢β-咔啉缩醛,在相同条件—下,它们也可以很好的发生反应,高对映选择性的生成目标化合物,展示了该体系的良好兼容性。在第四章中,我们利用“缩醛池”策略实现了三大类异色满类骨架的氧化还原去外消旋化反应。我们使用2.3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌作为氧化剂,添加质子性添加剂甲醇,使α-取代异色满底物完全氧化为缩醛。然后加入手性磷酸作为催化剂,分解缩醛重新生成氧鎓离子,手性磷酸根作为抗衡阴离子介导不对称选择性,用汉斯酯作为还原剂,就可以得到光学纯的α-取代异色满,即实现了去消旋化过程。α-位取代基既可以是烷基,也可以是芳基、烯基和炔基。而传统方法往往仅能引入一种类型的取代基形式,因此该方法具有很高的应用性,即是一种合成α-位取代异色满的通用策略。综上所述,该论文以“缩醛池”策略为基础,实现了氮氨基甲酸酯保护的四氢异喹啉和末端炔的催化不对称偶联反应;实现了二氢喹啉缩醛中间体与醛的不对称偶联反应;实现了多种α-位取代异色满的氧化还原去外消旋化反应。与已知杂原子α-位的碳氢官能化方法相比,这些底物的活性较低,正常条件下往往难以发生后续不对称反应。我们利用自己发展的“缩醛池”很好的解决了这些问题,并通过具体的例子展示了该策略的合成应用潜力。