1,3-偶极环加成反应是一种合成杂环化合物的重要方法,已广泛应用于天然产物和具有生物活性分子的合成。路易斯酸作用下原位生成的亚甲胺叶立德、路易斯酸催化下环丙烷和氮杂环丙烷开环形成的1,3-偶极子及在碱的作用下原位生成的氰基亚胺作为常用的原位生成的1,3-偶极子都可以参与1,3-偶极环加成反应,基于这些偶极子开发的[3+2]环加成反应已有大量报道,而其他形式的环加成反应则相对较少。在这种背景下,本文旨在发展基于这些偶极子的新型环加成反应,例如[3 + 3]、[6 + 3]、[8+ 3]及双[3 + 2]环加成反应,合成多样性的杂环化合物。基于路易斯酸催化的亚甲胺叶立德与贫电烯及富烯的环加成反应,本文首先发展了铜盐和二茂铁膦氮手性配体形成的催化剂催化的α-亚胺酯与N,N’-环状偶氮次甲基亚胺的不对称[3 + 3]环加成反应,该反应适用于各种芳香取代的底物,可以在温和的反应条件下进行,原料简单易得,可以高收率、高非对映选择性和高对映选择性地得到环加成产物。产物在酸性条件下可以进行差向异构化,在硼氢化锂的作用下可以通过扩环得到含氮和氧的八元环产物。之后我们发展了金属催化的亚甲胺叶立德与环庚三烯酮的[6 + 3]环加成反应,通过银盐和三苯基膦的络合物作为催化剂实现了其消旋催化,通过使用铜盐和二茂铁膦氮手性配体的络合物作为手性催化剂,发展了高对映选择性催化反应。该反应原料易得,条件温和,可以放大量到克级,产物可以在钯碳加氢还原的条件下得到碳碳双键还原的产物,在硼氢化钠的还原条件下得到羰基还原成羟基的产物,证明该反应有很好的实用性。基于路易斯酸可以活化环丙烷和氮杂环丙烷开环形成1,3-偶极子从而进行环加成反应,本文发展了三氟甲磺酸钪催化的1,1-双酯基环丙烷与酞嗪衍生的双氰基叶立德的[3 + 3]环加成反应,该反应可以高收率得到单一的非对映异构体,底物范围广,并可放大量到克级,产物在钯碳还原的条件下能得到一个氰基还原成胺的产物,在硼氢化钠的甲醇溶液中能将产物中一个氰基转换成一个甲氧基。其后本文发展了高氯酸镍催化的氮杂环丙烷与环庚三烯酮的[8 + 3]环加成反应。该反应可放大到克级,产物可以在钯碳还原加氢的条件下进行碳碳双键还原衍生化。本文还发展了氰基亚胺与联烯酯的连续[3 + 2]环加成反应,该反应通过一锅法反应,高收率、高非对映选择性地合成了双吡唑啉螺环化合物,实现了同时构造螺环的两个五元环,并适用于各种取代的氰基亚胺前体和α-取代联烯酯。