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本文对简单天然氨基酸及其衍生物催化的不对称Michael加成反应进行了理论研究。使用量子化学方法,在密度泛函B3LYP/6-31G*的水平上,对反应中涉及的过渡态及中间体进行了研究。在B3LYP/6-31+G**的水平上使用CPCM溶剂化模型对优化后的结构进行了单点计算以得到更精确的能量。手性对映体过渡态之间的构型差异以及由其导致的能量差异,很好的解释了反应立体选择性的原因及其影响因素,为催化剂的改良与实验条件的改进提供了方向。研究结果如下:1.简单氨基酸催化的环己酮与β-硝基苯乙烯的Michael加成的反应机理和选择性研究(1)在所谓的脯氨酸催化的Michael反应中,由于传统的烯胺型机理动力学上不利,脯氨酸是不对C-C成键起催化作用的,占主导地位的是在动力学上更为有利的无手性选择性的无催化剂自发机理,所以选择性较差。(2)同脯氨酸四唑与丙氨酸的高选择性来源于它们动力学上有利的烯胺型机理,丙氨酸存在两种烯胺型机理。(3)烯胺型机理的能量由催化剂的柔韧性决定,提高催化剂的柔韧性有利于降低其过渡态的能量,从而提高选择性。(4)延长侧链或者将环形催化剂改为非环型催化剂可作为提高氨基酸及其衍生物类催化剂催化效果的一个发展方向。2.简单氨基酸催化的环己烯酮与硝基丙烷的Michael加成的反应机理和选择性以及添加剂作用研究。(1)脯氨酸催化的共轭加成以R构型对映产物为主,加入哌嗪类添加剂有利于提高其手性选择性。(2)丙氨酸体系的产物也以R构型为主,虽然反应较脯氨酸体系容易但选择性较差,加入哌嗪类添加剂可有效提高其选择性。(3)哌嗪类添加剂通过双氨基形成双氢键使R构型对映过渡态能量降低以提高选择性,并且对此类氨基酸及其衍生物催化的亚胺型机理Michael反应具有通用性。3.脯氨酸催化的3+3环加成反应的反应机理和选择性研究(1)脯氨酸与醛形成亚胺型和烯胺型中间体使其二者并存的Michael加成反应的能垒较无脯氨酸时大大降低。[3+3]反应通过类MBH路线进行。(2) [4+2]反应中Hong所猜测的Mannich路径由于两脯氨酸环的过于接近是极其不利的,我们提出的先脱去一分子脯氨酸的羟醛缩合路径较为合理。(3) 2-甲基巴豆醛由于其中间体的甲基位阻原因导致其无法进行[3+3]环加成反应。巴豆醛由于中间体水解能垒较高因而基本不进行[4+2]反应。(4)反应过程中的Michael反应与羟醛缩合反应是决定产物立体选择性的决定性步骤。