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氮杂环丙烷化合物在有机合成当中有广泛的应用价值。由于其三元环的高度张力可得到立体或区域选择性的开环或扩环产物。光学活性的氮杂环丙烷化合物作为合成子，可用于合成一系列的生物碱、氨基酸、β-内酰胺、吡咯烷聚合物以及手性辅助剂和手性配体。同时含有氮杂环丙烷结构的许多天然产物和合成化合物都表现出了很好的生理活性。因此寻找氮杂环丙烷化合物方便、有效的合成方法是有机合成化学领域里的一个重要课题。
本论文研究了从烯烃和亚胺等不同底物出发，在卤化盐、质子酸和金属配合物等不同类型催化剂的作用，与各种氮或碳转移试剂反应制备氮杂环丙烷化合物的反应。并对氮杂环丙烷化合物在相转移反应条件下与亲核试剂的开环反应进行了研究。成功建立了一系列简单、高效、高选择性的氮杂环丙烷化合物的制备及其开坏反应的催化体系。
1、以氯胺T作为氮转移试剂，发展了水相中卤化盐催化的高效烯烃氮杂环丙烷化反应体系，并通过对比试验和电喷雾质谱分析对反应机理进行了验证。该体系不仅环境友好并且操作简便，通过简单的分离方法就可以得到高产率的氮杂环丙烷产物。
2、考察了质子酸和质子酸性铵盐在亚胺底物与重氮乙酸乙酯的氮杂环丙烷化反应中的催化活性。使用简单的质子酸性催化剂实现了高效、高立体选择性的氮杂环丙烷化反应。
3、研究了金属Salen配合物在烯烃氮杂环丙烷化反应中的应用。以NBS氧化对甲苯磺酰胺原位生成的氮转移试剂作为氮源，发展了锰Salen配合物催化的烯烃氮杂环丙烷化反应的新型体系。
4、应用廉价易得的卤化金属盐和叠氮钠作为亲核试剂，在相转移催化剂的作用下成功实现了水有机两相中氮杂环丙烷化合物的亲核开环反应。该反应体系在非常温和的反应条件下，可以得到高产率、高区域选择性的亲核开环反应。