有机金属Lewis酸因其独特的活性和选择性一直以来受到人们的广泛关注。但是传统的Lewis酸存在着催化活性和稳定性难以兼顾且适用范围有限等问题。本文针对以上问题结合我们实验室前期的研究成果,以对水和空气稳定的IVB茂金属为催化剂前体,通过与其它有机化合物或金属的联合,实现了喹啉类化合物的高效合成。通过控制实验、核磁滴定和质谱对催化活性物种进行了进一步的探究。本论文具体包括以下四方面工作:(1)发展了一种以二氯二茂钛为催化剂,以乙醇为溶剂,高效制备喹唑啉酮衍生物的方法。1 mol%的二氯二茂钛,在乙醇溶液中展现出非常高的活性,催化邻氨基苯甲酰胺与醛或酮,在30℃的条件下,反应7-12分钟即可得到17个喹唑啉酮化合物,产率在95-98%之间。通过核磁滴定对可能的催化活性物种进行了检测,结果发现Cp2TiC12在乙醇溶液中,可以先转化为Cp2TiCl(OCH2CH3),随着苯胺的不断加入,Cp2TiCl(OCH2CH3)又逐渐转化为最终的催化活性物种Cp2Ti(OCH2CH3)2,这一假设也得到了高分辨质谱的证实,对应的质核比为270.9512。(2)发展了一种新颖、简单、高效且廉价易得的有机金属表面活性剂型催化剂,可催化芳香胺以水为溶剂合成喹啉化合物。该催化剂在水中展现出很高的活性和较好的稳定性,催化剂可以循环5次,产率都在90%以上。而且该催化体系很容易扩大到克级制备。机理研究表明,二氯二茂钛和4-磺基邻苯二甲酸在水中形成两亲的茂钛配合物Cp2Ti(OOC)2PhS03H为可能的催化活性物种,这个兼具Lewis酸性和Br(?)nsted酸性的配合物在水中展现出很好的协同作用,而且在反应过程中形成的乳液有效促进了该反应的顺利进行。(3)发展了一种将协同催化和接力催化相结合的三元协同接力催化体系。该催化体系以二氯二茂锆、偏苯三甲酸和氧化铜为催化剂,可实现一锅三组分Mannich反应、环化和氧化反应的高效串联。二氯二茂锆、偏苯三甲酸和氧化铜协同接力催化以芳香胺、醛和酮为底物,以异丙醇和水为溶剂,在温和的条件下获得32个喹啉衍生物,产率为90-96%。机理研究发现,在该催化体系中二氯二茂锆和偏苯三甲酸可以形成催化活性物种Cp2Zr(OOC)2PhCOOH。该物种表现出很好的协同作用,氧化铜可接力催化二氢喹啉中间体脱氢氧化生成喹啉化合物。这个新催化体系为由简单原料构建复杂分子提供了 一个强有力的工具。(4)发展了一种钯/茂钛协同接力催化的以芳基碘化物、芳香胺、Fe(CO)5和炔为原料,一锅四组分合成喹啉的方法。Pd(OAc)2和Cp2TiCl2在四组分的偶联反应中展现出很好的兼容性,可获得35个不同的喹啉化合物,且产率在90-97%之间。另外,该“一锅”合成喹啉化合物的方法很容易实现克级制备。通过控制实验对可能的机理进行了探究,结果表明Pd(OAc)2和Xantphos在三乙胺和芳香胺的作用下可以催化芳基碘代物、Fe(CO)5和炔的羰化反应,Cp2TiCl2和对苯二甲酸可以有效的促进炔酮和芳胺的环化反应。