芳香含氮杂环种类繁多,诸如:吡咯、吡唑、咪唑、噻唑、三氮唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、吲哚、喹啉、异喹啉、菲啶等。这些骨架构是许多天然产物、药物、有机光电材料、配体的基本单元,因此其合成方法的开发也一直是有机合成中的热门研究方向。近年来,随着绿色化学理念的推广,环保、高效构建含氮杂环的新方法更是层出不穷。烯基叠氮长期以来被视作是活性叠氮物种的“休眠体”,在过去的一个世纪里几乎没有引起人们的关注。随着越来越多安全、高效的合成烯基叠氮的新方法被报道出来,烯基叠氮作为合成子在有机合成中的应用和研究也越来越广。烯基叠氮因其烯基与叠氮基的共轭存在使其参与反应时存在丰富的位点和多样的断键方式。化学家们可以根据需要,灵活运用其中的砌块来合成种类结构复杂的N-杂环化合物。此外,由于结构上烯基与叠氮基的协同作用,使烯基叠氮具有单纯烯烃或叠氮化合物所不具备的独特性质,能够作为亲电试剂、亲核试剂、自由基受体、金属亚胺自由基前体、2H-吖丙因前体等。进一步的,这个合成子可以兼容到多种催化体系中,例如:Lewis酸促进、碱促进、过渡金属催化或者光催化等体系。本论文在系统总结前人有关烯基叠氮的转化研究的基础上,以烯基叠氮作为平台化合物,通过发展绿色高效催化体系,构建C-C和C-N键,成功合成了两类重要的含氮杂环骨架。具体研究内容如下:(1)Lewis酸促进烯基叠氮与苯胺反应合成喹啉:在锌盐的介导下,烯基叠氮与苯胺反应合成4-取代喹啉。其中,我们巧妙利用了烯基叠氮作为双合成子,通过一步法选择性断裂其中一个烯基叠氮的C-C双键、和另一个烯基叠氮的C-N键,并将断裂砌块选择性重组到一个目标分子中,合成一系列4-取代喹啉化合物。该反应的亮点在于,原料简单易得、步骤经济性高、条件温和以及使用的氧化剂(空气)绿色环保。(2)纳米铜催化烯基叠氮与末端炔烃反应合成吡咯:利用纳米铜的独到的催化性能结合烯基叠氮特异的反应性质,我们突破了传统的铜催化-炔烃-叠氮[3+2]环加成构建1,2,3-三氮唑的反应模式,实现了烯基叠氮与末端炔烃的串联环化反应,从而构建了两类吡咯衍生物。并且,我们发现该反应在标准反应条件下,使用普通的烷基或芳基端炔可以反应得到2,5-二取代吡咯,而含硅炔烃则得到2,3,4-三取代吡咯。这种可切换的化学反应为多取代吡咯骨架的合成提供了可控、温和的制备方法。该反应具有高效,高区域选择性和良好的官能团容忍性等优点。