本论文围绕新型有机小分子催化剂设计、反应机理探讨及催化剂回收问题展开研究,合成了三类12种以脯氨酸及金鸡纳碱为骨架的有机小分子催化剂,讨论了催化剂在亚胺不对称催化还原反应和苯基乙二醛水合物不对称催化Friedel-Crafts反应中的应用情况。在研究过程中,针对目前亚胺不对称催化还原机理研究中缺少理论依据问题,通过实验优化与理论计算模拟相结合的方法进行了深入研究,提出了不同于以往的新的机理模型。同时发展了课题组以往提出的、溶剂控制下的超分子主-客体组装与解组装技术,应用于手性有机小分子催化剂回收中。实现了手性催化剂的均相催化与非均相回收,为解决手性催化领域存在的均相体系催化剂回收困难、非均相体系催化活性降低等问题提供了 一条新途径。具体分为以下三个部分:1.以L-脯氨酸为手性骨架,合成了一种金刚烷基修饰的脯氨酸类小分子催化剂,用于亚胺的不对称还原反应。通过理论计算与控制实验探讨了催化剂的反应机理,提出了新的催化模型(催化剂与底物存在π-π堆积作用、引入水作为氢键链桥)。并且,根据β环糊精(主体)和金刚烷(客体)间存在的超分子自组装识别能力,使用表面修饰β-CD的Fe3O4@SiO2微球将催化剂与反应产物成功分离。利用解/组装作用实现了催化剂的回收利用,实现催化剂的循环使用,结果表明循环6次后产物的ee值仍然保持80%以上。从而首次建立了超分子主客识别驱动下,手性有机小分子催化剂的均相催化与非均相回收技术。2.在第一章工作的基础上,合成了一种富共轭电子的偶氮苯基脯氨酸N-甲酰类有机小分子催化剂,考察了其在亚胺不对称还原反应中的应用情况。并且利用大量的理论计算(杂化泛函、静电势、福井函数等),进一步研究催化反应过程中的三氯硅烷过渡态、氢键形成等机理问题,对催化模型中影响催化效率的各个因素做了全面的探究,提出了一个更加有说服力的机理模型。同时,在之前工作的基础上我们对底物的范围进一步扩展(从18种扩展至29种),均取得较好的催化结果。随后,我们再次使用超分子组装负载释放技术对偶氮苯基催化剂进行回收实验,我们发现循环催化9次后,产物ee值仍然不低于80%。之后我们补加了损失的催化剂至原始催化当量,催化效率明显提升,反应的催化活性恢复如初。3.以金鸡纳碱为手性骨架,合成了偶氮苯基硫脲双功能奎宁衍生物与金刚烷基硫脲双功能奎宁衍生物,考察了其在催化苯基乙二醛水合物与萘酚的不对称Friedel-Crafts反应中的应用情况。两者均表现出非常高效的催化性能,尤其是金刚烷基催化剂,取得的催化效果要优于前人的报道。同时,在前面研究脯氨酸催化剂的工作基础上,尝试将建立的有机手性小分子催化剂的均相催化与非均相回收方法应用到金鸡纳碱类衍生物中,进一步拓展该技术的应用范围,验证该方法对催化剂的种类具有很强的普适性,可以应用于多种有机催化剂。我们随后考察了金刚烷硫脲双功能奎宁催化剂的循环能力,发现催化剂循环使用6次后,产物立体选择性由99%降低到87%,依然保持着较高的催化活性,这说明我们的催化回收方法对金鸡纳碱类催化剂也同样适用。