高效、高选择性和环境友好是现代有机合成反应的核心问题，而合适的催化剂是解决这些问题的关健。有机小分子催化剂通常具有易于制备、操作简单、低毒等特点，因而在近几年获得广泛的关注，取得了显著的成绩。杂环卡宾原本是金属有机催化剂的一类重要配体，但由于此类卡宾氮等杂原子上孤对电子的给电子作用，因而其本身具有较好的亲核性，可以催化相应的有机反应。目前这类亲核卡宾主要用于醛的极性反转，催化Benzoin反应、Stetter反应等。但从有机反应的机理看，还有很多底物，比如酮、烯酮、酸酐、亚胺等能被亲核催化剂所活化，从而催化相应的有机反应。我们拟根据亲核催化的基本原理，通过对催化剂结构性能的考察和实验数据的总结，发展活性更高、和特定种类底物更匹配的新催化剂和新反应。比如，设计合成给电子性能更好的膦杂环亲核性卡宾，催化内酯、内酰胺及小环化合物的合成等；同时发展手性亲核卡宾，进行相应的不对称反应研究。

A series of chiral N-heterocyclic carbenes (NHCs) were syntheized for L-pyroglutamic acid. Several reactions of aldehydes, Michael acceptors and ketenes catalyzed by NHCs have been developed, including: (1) Asymmetric benzoin reaction catalyzed by NHC. (2) A cascade Stetter-Aldol reaction catalyzed by NHC. (3) NHC-catalyzed aza-Mortia-Baylis-Hillman reaction. (4)Reactions of ketenes catalyzed by chiral NHCs, such as asymmetric esterification of ketenes; the enantioselective formal [2+2] cycloddition of ketenes with aldehydes, trifluoromethyl ketones, imines and azodiesters to give beta-lactones, beta-lactams and aza-beta-lactams; the enantioselective formal [4+2] cycloaddition of ketenes with oxodienes, N-acylazo compounds and o-quinone methides to give delta-lactones, oxadiazinones and dihydrocoumarine derivatives. The diastereo- and enantoselectivities of these reactions have been investigated. Thus it provides a useful methdology for the synthesis of many optically active four-membered or six-membered heteroccylic compounds and their derivatives such as hydroxy acid and amino acid derivatives.

以L-焦谷氨酸为原料，简便地合成了系列手性氮杂环卡宾（亲核卡宾）和带自由羟基的双官能团卡宾。研究了亲核卡宾催化的醛、烯酮及Michael受体的反应，主要实现了：（1）双官能团卡宾催化醛的不对称benzion反应。（2）卡宾催化的 Setter-Aldol串联反应。（3）卡宾催化的aza-Morita-Baylis-Hillman反应。（4）卡宾催化烯酮的反应。如与醇的不称酯化反应；与醛、三氟甲基酮、亚胺、偶氮酯等不对称[2+2]形式环加成反应生beta-内酯、beta-内酰胺、氮杂-beta-内酰胺等四元杂环化合物；与氧杂二烯、酰基偶氮化合物及邻亚甲基苯醌等的不对称形式[4+2]环加成反应生成delta-内酯、氧杂二嗪酮及二氢香豆素等六元环化合物。重点研究了上述反应的非对映选择性和对映选择性，并取得了良好的效果。为相关光学活性杂环化合物及它们衍生物，如多取代羟基酸、氨基酸类化合物的高效高选择性合成提供了有用方法。