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众所周知,季碳结构单元普遍存在于活性的天然产物和药物分子中,因此季碳结构单元的构筑一直是有机合成化学家关注的焦点。但同时,季碳结构单元尤其是全碳季碳的构筑一直也是有机合成化学中的一个难点。半频哪醇重排反应作为构筑季碳结构单元的有效方法之一,已经成功地被应用在活性的天然产物和药物分子的合成中。其中,我们小组就一直致力于半频哪醇重排反应及其在天然产物的全合成中应用的研究。本论文延续了我们小组的这个研究方向,完成了有机小分子催化的不对称的氟代,氯代以及溴代半频哪醇重排反应的研究,成功实现了手性的氧杂季碳结构单元的构筑。另外,我们还完成了铜催化的三氟甲基化/半频哪醇重排反应的研究,成功实现了氧杂季碳及全碳季碳结构单元的构筑。一.有机小分子催化的不对称的氯代,溴代半频哪醇重排反应的研究。2003年,我们小组报道了消旋的卤鎓促进的半频哪醇重排反应。随后在2004年和2006年,我们小组应用该反应作为关键步骤,分别完成了生物碱(±)-Lycoramine,(±)-Galanthamine的全合成。但令人遗憾的是,2011年之前对映选择性的卤代半频哪醇重排反应一直未见报道。2011年,我们发展了一类新颖的以金鸡纳碱衍生物(DHQD)2PYR,(DHQ)2PYR作为催化剂的不对称的氯代,溴代半频哪醇重排反应。通过这类反应,首次实现了手性的α-氧杂季碳β-氯代及溴代酮的高效合成,而且两种构型的α-氧杂季碳p-氯代及溴代酮都可以高效地得到。二.有机小分子催化的不对称的氟代半频哪醇重排反应的研究。2005年,我们小组报道了一个以剂量的奎宁作为促进剂的不对称的氟代半频哪醇重排反应,该反应能以中等的对映选择性和收率得到α-季碳β-氟代醛产物。但是,2012年之前催化的对映选择性的氟代半频哪醇重排反应一直没有被报道。2012年,我们同样以二聚的金鸡纳碱衍生物(DHQD)2PYR,(DHQ)2PYR作为催化剂首次完成了催化的不对称的氟代半频哪醇重排反应的研究。通过该反应,两种构型的高对映选择性的α-氧杂季碳β-氟代酮都可以被高效地合成。三.铜催化的三氟甲基化、半频哪醇重排反应的研究。三氟甲基化合物在功能材料、农药、以及医药研究等领域有着广泛的应用。但是,高效合成α-季碳p-三氟甲基酮的合成方法一直未见报道。2013年,我们通过铜催化的烯丙醇的三氟甲基化/半频哪醇重排串联反应实现了对α-季碳β-三氟甲基酮的高效合成。