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血红素是自然界中含量最为丰富的天然铁卟啉复合物,存在于多种血红素蛋白中,承担着重要的催化活性。近几十年,以其为活性辅基的血红素蛋白如肌红蛋白、辣根过氧化物酶、细胞色素P450等被广泛用于各种生物化学研究中,而血红素自身却很少被用于催化有机反应,尤其是非天然化学反应。另一方面,以重氮化合物为前体的金属卡宾是近些年的研究热点,它可以与亲核试剂发生不同的转化反应,如X-H插入反应(X=N,S,O,C,Si,B...)、环丙烷化反应和叶立德形成反应等,在有机合成中有着重要的作用。本论文主要围绕氯化血红素在非天然卡宾化学中的催化作用展开,研究结果主要包括以下三个方面:水相中氯化血红素-环糊精体系催化的N-H键插入反应:建立了氯化血红素-环糊精水相催化体系,实现了水溶液中的αα-重氮酯与芳香胺类化合物的N-H键插入反应,含多种取代基的苯胺、萘胺、四氢吲哚都适用于该反应,产率最高可达96%。另外,通过调控环糊精腔体大小可以一定程度上调节苯胺与重氮乙酸乙酯的单N-H键插入产物和双N-H键插入产物的比例。水相中氯化血红素-环糊精-曲拉通X-100体系催化的硫叶立德的形成及其Doyle-Kirmse反应:通过在之前的氯化血红素-环糊精体系中引入表面活性剂曲拉通X-100,实现了氯化血红素在水相中催化重氮化合物和烯丙基硫醚产生硫叶立德,并进一步发生Doyle-Kirmse重排反应。该催化体系反应条件温和,具有优良的底物普适性和良好的反应产率,对非水溶性的芳基烯丙基硫醚或烷基烯丙基硫醚都适用。氯化血红素催化的硫叶立德的形成及其底物控制的化学选择性的[1,2]-Stevens和Sommelet-Hauser重排反应:通过对苄基硫醚的苄基上取代基电子效应的控制和溶剂的选择,实现了经由血红素卡宾产生的苄基硫叶立德选择性地发生[1,2]-Stevens反应和Sommelet-Hauser重排反应,给电子基团或弱吸电子基团取代的苄基硫醚易发生[1,2]-Stevens反应,而对位强吸电子基团取代的苄基硫醚却更易于发生Sommelet-Hauser反应,且水溶液和适当降低温度可以促进Sommelet-Hauser反应。