研究发现含有曼尼奇碱（β-氨基酮）结构的化合物,具有消炎镇痛、抗癌、抗精神病、抗高血压等多种生物活性,在医药领域有重要应用,在织物染料和聚合物化学等材料科学中也有重要应用。因此,曼尼奇碱的催化合成是有机化学研究热点之一。近年来,大量的质子酸和金属路易斯酸被用于曼尼奇反应（Mannich反应）的催化研究。值得注意的是,第四副族金属——钛和锆的四价盐都对曼尼奇反应有很好的催化作用。本课题组在前期研究Kabachnik-Fields反应中发现铪（IV）盐（同为第四副族金属）表现出优于锆（IV）盐的催化活性,该反应机理与曼尼奇反应类似。因此,我们推测铪（IV）盐对曼尼奇反应有很强的催化作用。本硕士论文的第二章和第三章分别对1)Hf（OTf）₄催化的曼尼奇反应和催化机理、2)Hf（OTf）₄催化的三组分反应合成N-保护曼尼奇碱的方法与机理进行了研究,具体研究内容如下。第二章研究内容是Hf（OTf）₄催化的曼尼奇反应。本研究首先以苯甲醛、苯胺、苯乙酮在乙腈中的反应为模型,通过对锆（IV）盐和铪（IV）盐催化活性的比较,确定Hf（OTf）₄为最佳催化剂。后续对反应溶剂、反应温度、催化剂用量进行优化,并高产率合成了16种芳基酮为底物的曼尼奇碱。随后、研究了烷基酮为底物时反应的区域选择性,不对称酮的反应位点为空间位阻较小的-CH₃一端,合成了12种烷基酮为底物的曼尼奇碱来验证反应的区域选择性。在研究烷基酮为底物时反应的立体选择性时,以环己酮、环戊酮为底物,在无溶剂体系中,Hf（OTf）₄对反应的立体选择性影响较小。在溶剂体系中的影响较大,主要得到反式构型的曼尼奇碱。当底物为环庚酮时,在无溶剂体系中,反应的立体选择性与以环己酮,环戊酮为底物时完全相反,主要得到顺式构型的曼尼奇碱。随着Hf（OTf）₄催化量的增加,趋向于得到反式构型的曼尼奇碱。在苯乙酮或环戊酮的MeOH-d₄溶液中加入Hf（OTf）₄,使其发生H-D交换反应,发现Hf（OTf）₄对羰基有较强的活化作用,能使酮式转变为更利于反应的烯醇式结构,验证了该反应机理。第三章研究内容是Hf（OTf）₄催化的N-保护曼尼奇碱合成方法研究。首先研究类曼尼奇反应,Hf（OTf）₄能催化N-酰基亚胺和苯乙酮的缩合反应得到N-保护曼尼奇碱。随后进一步以苯甲醛、苯乙酮和苄基氨基甲酸酯的三组分反应为模型,对第四副族金属路易斯酸的催化活性进行筛选,发现只有HfCl₄和Hf（OTf）₄有催化效果,其中Hf（OTf）₄效果较好。然后对反应溶剂、反应温度、催化剂用量进行优化、并将该方法拓展到氨基甲酸乙酯和苯磺酰胺底物中,高产率合成了23种N-保护曼尼奇碱,验证了该方法的通用性。此外,还研究了三组分反应的机理,该反应是羟醛缩合和氮杂-迈克尔加成的串联反应。