有机化学发展早期,合成化学家们通过简单、粗放的方法合成了大量复杂的产品,与此同时也造成了环境污染和资源浪费。然而,随着环境问题的爆发和人们资源和能源意识的提升,对清洁、高效以及环境友好的化学工艺的呼声日益高涨。1991年,在保罗·T·阿纳斯塔斯的提倡和领导下,“绿色化学”诞生了。这对合成化学家而言,就必须把合成重点从“合成什么”转向“如何合成”,以适应可持续发展的战略方针。而催化作为有机合成中最为重要的途径,自然需要从这里开始找出全新的、高效的和清洁的绿色催化合成策略。其中,一种可行的解决方法就是把催化剂负载到一些不溶性大颗粒材料上,实现其回收和重复利用。基于此,我们成功开发的聚二甲基硅氧烷(PDMS,一种稳定且疏水的聚合物材料)海绵以聚合物刷的形式负载了4-二甲氨基吡啶(DMAP),(1S,2S)-(+)-1,2-环己二胺(或(1R,2R)-(-)-1,2-环己二胺)和L-半胱氨酸等重要的小分子有机碱或氨基酸,它们可直接用作碱催化剂和配体参与有机反应。另外,通过对上述小分子进一步衍生化可形成其它手性催化剂和配体,从而与铜、金和钴等金属的盐配位形成更复杂的PDMS海绵手性金属催化剂。通过相关的材料表征手段,对其中PDMS海绵DMAP进行了合成监控、形貌表征和含量分析。然后用PDMS海绵有机碱催化剂促进一系列有机转化和不对称合成,广泛的底物适用范围、优良的收率和较高的对映体过量值(ee值)验证了PDMS海绵有机碱催化剂在水中具有高的催化效率和可重复使用性;同时也证明了PDMS海绵有机碱催化剂的普适性,能够促进诸多水中的有机转化。其中,相关的反应产物结构通过了核磁、单晶衍射进行表征,相关的反应收率和ee值通过了气相色谱和高效液相色谱的定量分析。并且从相关控制实验看出,与在水中的游离DMAP相比,该PDMS海绵DMAP可提供更好的催化活性和选择性。通过易于构建的连续流动反应器,PDMS海绵DMAP促进的反应可以容易地实现规模放大。同样,衍生化的PDMS海绵手性金属催化剂,PDMS海绵光催化剂也得到了初步探索和验证。我们相信这种多孔疏水性PDMS海绵材料将是用于在水中开发高效可回收催化剂的有前景的载体。