氮杂芳烃是重要的结构单元,在诸多天然产物、药物、配体和功能材料中广泛存在。含氮杂芳烃化合物的合成,尤其是对映选择性合成,目前是合成化学中一项极具吸引力的研究。可见光驱动的光氧化还原催化是有机合成中的一种强大工具,基于手性氢键催化剂和具有含氧或含氮官能团（可作为氢键受体或质子作为氢键供体）的底物之间的氢键相互作用,可以促进化学转化,同时提供对映体控制环境,形成多样化的立体中心。近年已有多例光氧化还原与氢键协同催化构建手性中心的报道。基于可见光催化的优点以及氮杂芳烃化合物的重要性,本文研究了本课题组自主研发的光敏剂DPZ（二氰基吡嗪类光敏化合物）与手性布朗斯特酸协同催化,使用易于获得的环丙胺与α-支链-2-乙烯基氮杂芳烃经历两步串联自由基加成过程,实现其[3+2]环加成反应,通过筛选不同的布朗斯特酸和反应条件,最后以高对映选择性合成了一系列α-全碳季碳手性中心的氮杂芳烃环戊烷衍生物。其中,2-吡啶、3-吡啶、4-吡啶、喹啉、异喹啉、咪唑、噻唑、苯并噻唑、邻间对位接不同电性基团的苯并咪唑类氮杂芳烃,都具有良好的耐受性,产率高达＞99%,ee高达96%,dr高达＞19:1。为了进一步揭示该方法的合成效用,底物可以经历两步合成得到α,α-二芳基取代酮,羰基官能团的形成极大地丰富了该方法的应用潜力。采用催化剂与产物的线性相关实验、淬灭实验、循环伏安法实验、开关灯实验、反应量子产率等方法探究反应机理,提出合理的假设,即:芳基环丙胺经过单电子转移产生具有亚胺离子的烷基自由基II,随后共轭加成到布朗斯特酸活化的氮杂芳烃烯烃I上,生成α-自由基中间体III,α-自由基III向亚胺离子共轭加成,实现其[3+2]环加成反应得到目标化合物。本论文主要完成了三个重要挑战:1)高化学选择性:α-氮杂芳烃自由基III可充当氧化剂,高位阻会使竞争性单电子还原质子化过程更加有利;2)高对映选择性:α-氮杂芳烃N原子与手性布朗斯特酸之间的氢键作用,可为自由基共轭加成形成立体中心提供手性环境。然而,这种作用将降低α-氮杂芳烃自由基的电子云密度,不利于随后自由基对亚胺离子的加成。为了克服这种失活,氢键相互作用将趋于解离,这削弱了手性布朗斯特酸在两个立体中心同时形成中的立体控制作用;3)全碳季碳手性中心的构建:由于全碳季碳中心大位阻原因,其高对映选择性合成一直是自由基化学中的巨大挑战。本文利用光氧化还原与氢键协同催化,在温和的条件下,实现了α-位全碳季碳取代氮杂芳烃高对映选择性和非对映选择性合成。为多种氮杂芳烃α-位全碳季碳手性中心的构建提供了一种更通用和直接的合成新方法。