氮杂环丙烷及其衍生物不但大量存在于具有生物活性的天然产物以及合成药物中,还可以作为合成中间体,配体,手性转移试剂等在多方面发挥着极其重要的作用。氮杂环丙烷特有的环张力是其反应多样性的基础,通过开环,扩环,成环等一系列反应极大地丰富了氮杂环丙烷的应用。根据氮原子上取代基的不同,氮杂环丙烷可以分为活化和未活化两类。本文主要以未活化的氮杂环丙烷为原料,开发了合成具有光学活性的含有氮杂环丙烷结构的三齿亚胺手性配体、2-亚烷基-1,3-噁唑烷衍生物、N-烯基-β-羰基酰胺类衍生物的方法。还研究了类似物硫杂环丙烷与α-重氮-β-1,3-二羰基化合物在金属催化下的扩环反应。首先,以光学活性的N-未保护的氮杂环丙烷和水杨醛为原料,发展了一种直接合成具有光学活性含有氮杂环丙烷结构的三齿亚胺手性配体的简便高效方法。该方法通过亚胺介导的氮杂环丙烷自身开环,立体选择性及区域选择性专一地得到了氮杂环丙烷多取代C-N键断裂的产物,产率高达95%。由于分子内氢键的存在,克服了亚胺产物不稳定的限制。合成的配体具有良好的手性控制性能,其中由(S)-2-烷基氮杂环丙烷合成的三齿亚胺手性配体,在Zn(OTf)2催化的芳香醛与丙酮的不对称Aldol缩合反应中表现出了优异的反应活性及立体选择性(高达98%的产率和94%ee值)。此外,还尝试了邻巯基苯甲醛与氮杂环丙烷的反应,顺利地得到了含有亚胺结构的苯并硫杂吖庚因衍生物。其次,以N-未被保护的氮杂环丙烷与重氮-1,3-二羰基化合物为原料,成功地实现了具有环外双键的2-亚烷基-1,3-噁唑烷衍生物的制备。噁唑烷衍生物是一类非常重要的杂环化合物,它们广泛存在于许多具有生物活性的药物以及天然产物中。该反应利用微波辅助加热,无需金属催化剂,可以迅捷简便地将α-重氮-β-1,3-二羰基化合物通过Wolff重排反应转化为α-羰基烯酮活性中间体,该中间体与氮杂环丙烷发生亲核加成-环化串联反应,生成五元1,3-噁唑烷杂环化合物。该反应以高达97%的分离产率,首次实现了氮杂环丙烷与烯酮的C=O双键发生[3+2]成环反应得到噁唑烷结构。再次,以N-烷基-2,2-二取代氮杂环丙烷与重氮-1,3-二羰基化合物为原料,顺利地得到了N-烯基-β-羰基酰胺衍生物。该反应可以通过以下两种不同的反应条件实现:一是采用常规加热回流的方式,可以得到分离产率最高为98%的N-烯基-β-羰基酰胺产物,但是该方法存在一定的局限性,只有α-重氮-β-1,3-二芳基-1,3-二酮类化合物可以很高的产率得到产物,对于其他类型的重氮化合物(如环状或烷基取代的α-重氮-1,3-二酮化合物以及β-羰基重氮羧酸酯等)效果并不好,产率较低。二是通过微波辅助加热的方式,以优异的产率实现了N-烯基-β-羰基酰胺化合物的合成,该方法不但适用于多种类型的重氮1,3-二羰基化合物,而且简便高效,产率几乎都在90%以上,最高分离产率可达99%。N-烯基-β-羰基酰胺类化合物可以进一步合成β-内酰胺类化合物。机理研究表明,生成N-烯基-β-羰基酰胺的反应是经历一个E1消除机理。最后,以α-重氮-β-1,3-二羰基化合物与硫杂环丙烷为原料,开发了一种新的一步合成3-酰基-5,6-二氢-1,4-氧硫杂环己烯衍生物的简单方法。3-酰基-1,4-氧硫杂环己烯在农业化学和药物化学中有着独特的应用。该反应以廉价的硫酸铜为催化剂,通过微波辅助加热实现目标产物的快速合成。如果使用顺式的硫杂环丙烷作为原料,可以通过一步扩环反应,首次得到相应的反式-3-酰基-5,6-二氢-1,4-氧硫杂环己烯产物。