苯并咪唑是许多药物分子的核心结构。与其结构类似的苯并咪唑啉则在许多有机反应中被用作还原剂以及储氢材料。苯并咪唑及苯并咪唑啉杂环化合物具有众多生物活性,并且在新型光电材料方面也有重要应用。但是,目前苯并咪唑及苯并咪唑啉的高效合成方法还非常有限。因此,对该类杂环化合物新型高效合成方法的研究具有重要意义。本论文对活性炭负载的四氯化铪新型催化剂（HfCl₄/C）在高效催化合成苯并咪唑化合物的应用进行了探索,对HfCl₄的催化活性,反应条件优化,催化剂的固相负载/回收利用,固相负载催化剂的微观表面形貌,以及负载催化剂在苯并咪唑平行合成中的应用进行了深入系统的研究,并取得了良好的实验结果。此外,本论文还尝试使用三氟甲磺酸铪催化剂（Hf（OTf）₄）对氟代苯并咪唑啉、噁唑啉及噻唑啉的环化反应进行催化。研究结果显示,Hf（OTf）₄对氟代酮与邻苯二胺等的环化反应具有极强的催化作用,催化效果明显优于文献已经报道的多种催化剂。具体研究内容如下所述。1)HfCl₄/C催化苯并咪唑合成方法研究:首先,我们研究了HfCl₄在均相反应中对苯并咪唑合成的催化效果,通过与已知的几种对苯并咪唑合成催化效率较高的金属路易斯酸催化剂进行对比,确定HfCl₄催化性能最好。随后,我们对一系列反应条件（如催化剂用量,反应溶剂,反应温度等）进行了系统优化,并将HfCl₄催化方法拓展到N-芳基取代邻苯二胺/芳基醛、N-芳基取代邻苯二胺/烷基醛、N-烷基取代邻苯二胺/芳基醛、N-烷基取代邻苯二胺/烷基醛等一系列底物的反应中,高效合成29种苯并咪唑化合物。该结果充分证明了HfCl₄催化剂在均相催化苯并咪唑合成中的高效性和通用性。为了进一步提高对催化剂的回收利用,我们采用各种固体负载HfCl₄催化剂,对这些固体负载催化剂的活性进行了系统研究。研究发现,（5%w/w）活性炭负载四氯化铪（HfCl₄/C）催化效果最好,可以重复利用多达10次。扫描电镜实验显示,采用吸附法制备的负载催化剂,HfCl₄以块状晶体小颗粒为主,在进行多次重复利用后,随着吸附和解吸,以及配位阴离子的交换,Hf（IV）催化剂以无定型固体吸附在活性炭表面。通过一系列实验,我们可以清楚的发现HfCl₄/C催化剂之所以能够高效催化反应并且有非常好的重复利用性,主要是由于活性炭对Hf（IV）盐具有极强的吸附性能,并且随着反应的升温和降温实现催化有效的解吸与吸附。鉴于HfCl₄/C新型负载催化剂的高效性、通用性、以及简单的后处理分离方法,我们进一步将该新型负载催化剂应用于苯并咪唑化合物库的快速平行合成。通过对24种苯并咪唑化合物的快速平行合成研究以及产物的HPLC分析,确定了产物的产率和产物纯度,证明了该新型催化剂在苯并咪唑快速平行合成方面的应用价值。2)Hf（OTf）₄催化氟代苯并咪唑啉合成方法研究:苯并咪唑啉本身是不稳定的,容易发生自身氧化生成苯并咪唑,而氟代的苯并咪唑啉是相对比较稳定的结构,但是由于氟原子的强吸电作用,氟代酮的反应性非常低,因此与邻苯二胺等化合物的环化反应很难发生。依据以往文献报道的三氟甲磺酸镓催化合成氟代苯并咪唑啉的研究,以及我们课题组前期对铪（IV）在活化羰基化合物方面的研究以及苯并咪唑催化环化方面的研究进展,本论文尝试利用三氟甲磺酸铪（Hf（OTf）₄）作为催化剂合成氟代苯并咪唑啉。通过对比实验,我们证明了三氟甲磺酸铪催化效率明显高于文献报道三氟甲磺酸镓和三氟甲磺酸铜。Hf（OTf）₄与Ga（OTf）₃相比,价格更为低廉,反应时间更短,催化剂用量更少。以邻苯二胺和三氟苯乙酮为原料,我们对Hf（OTf）₄催化的环化反应条件（如催化剂用量,反应溶剂等）进行了系统优化,并将该方法成功拓展到N-芳基取代邻苯二胺/氟代芳基酮、N-芳基取代邻苯二胺/氟代烷基酮、N-烷基取代邻苯二胺/氟代芳基酮、N-烷基取代邻苯二胺/氟代烷基酮等一系列底物,高效合成了24种不同的氟代苯并咪唑啉衍生物。此外,本论文还进一步将该方法拓展到氟代苯并噁唑啉以及氟代苯并噻唑啉的高效合成中,并制备了8种不同的衍生物。