农药作为服务农业生产的重要生产资料,其品类结构与农业发展阶段和科技进步息息相关,农药新品种的开发与使用会给农业生产方式和农药使用量带来巨大变化,现今亟待新农药问世,为农药使用量“零增长”提供最根本的技术支撑。我们可以看到氮杂环卡宾(N-Heterocyclic Carbenes,简写为NHC)在很多领域都有应用,可作为金属配体与金属形成络合物参与均相催化反应;也可合成磷光化合物应用到有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,简写为OLED)中,以及在诸如光化学水分解,化学传感器,染料敏感太阳能电池及氧传感器中;还可作为良好的抗癌药物,应用到医疗医药中造福人类;同时可作为有机小分子催化剂,参与到不对称催化中,制备光学纯的化合物。氮杂环卡宾作为有机小分子催化剂,在过去十年中得到了迅速的发展。本论文将利用氮杂环卡宾催化不对成合成,制备有一定生物活性的光学纯农药前体,同时利用氮杂环卡宾催化合成独特功能性分子骨架,探索更新的反应活化模式,为新型、潜在的农药分子合成提供技术策略。在探索新型的氮杂环卡宾催化活化方式的同时,将合成的目标产物运用到农药的活性测试中,以期望获得新型的手性农药。通过氮杂环卡宾催化活化模式,高效、简洁、绿色的构建六元环内酯化合物与手性β-官能团化的产物,定向高效的制备目标产物,为探索高效、低毒、低残留的手性新型农药分子服务。第一部分的工作围绕着氮杂环卡宾催化下发生[4+2]反应展开,o-QDM是一种活性很高的中间体,在有机合成应用十分广泛,是构建六元环的重要反应,然而有机小分子催化形成o-QDM中间体鲜有报道。如何将氮杂环卡宾催化应用到惰性的sp~3碳上,通过活化醛形成o-QDM中间体,是氮杂环卡宾催化一直的研究重点也是难点且经过长期的努力仍未取得成功。为了克服这个问题,我们通过在芳香环上引入负电性的杂原子,甲基上的sp~3碳可在氧化条件下进行官能团化,形成o-QDM中间体,但底物合成难度大且只局限于吲哚类的反应底物。因此我们选择用2-硅甲基苯甲酸酯作为模型底物,用氮杂环卡宾催化,在不加入外源性氧化剂的情况下形成o-QDM中间体,然后以三氟苯乙酮、酮酸酯和靛红衍生物作为亲二烯体与o-QDM中间体发生[4+2]环加成反应。该反应不仅对底物的普适性很好,且各种不同位置的不同类型的取代基都可以兼容,但其对映选择性却始终不能解决。第二部分的工作围绕着氮杂环卡宾催化下发生单电子转移(Single-Electron Transfer,简写为SET)反应展开,自由基反应或许能提供传统方法无法解决的有效合成方案,氮杂环卡宾催化形成自由基的反应,让氮杂环卡宾催化不在局限于电子对的反应,其单电子转移的过程为有机合成领域提供一个全新高效的合成途径。这一领域当前仍处于发展初期,反应机理不甚明朗,反应路线亦有所局限。本章节的内容主要是探索新型的手性单电子氧化剂,利用手性的单电子氧化剂对目标产物实现一个对映选择性的控制。从对手性的氧化剂的筛选和反应的条件优化中,可以看出我们设计的手性氧化剂可以实现对目标产物的对映选择性控制,对底物普适性的研究也可以证实我们设计的手性氧化剂对各种不同位置、不同类型的取代烯醛都可以兼容,并有良好的收率和优异的对映选择性。但该课题一个备受争议的点在于我们引入的是计量的手性源,实现手性氧化剂的催化循环会是后期研究的重要方向。第三部分的工作围绕着氮杂环卡宾催化形成各种功能性小分子的生物活性测试展开,在前期氮杂环卡宾不对称催化活化研究的基础上,我们致力于以氮杂环卡宾为有机小分子催化剂来催化活化合成具有一定生理活性,完全自主知识产权的新型绿色农药化合物。在合成大量分子后,我们采用生长速率法和浊度法测试化合物对真菌和细菌的抑菌效果。根据几轮的生物活性测试,我们可以看出化合物的溶解性对生物活性的影响很大,同时不同化合物的生物活性也大不一样。在后期的研究中,我们将选出目前效果最好的手性药物,进行药物的结构修饰,通过引入活性的官能团来考察对映选择性的生物活性的影响。