含氮杂环类化合物广泛存在于天然产物及人工合成的化合物中,具有突出的生物活性和药物活性。据统计,超过80%的药物含有四至七元氮杂环。其中β-内酰胺作为一种特殊的四元氮杂环化合物,在合成抗生素方面发挥了重要作用,例如青霉素,碳青霉烯或单环单芽孢杆菌等。通常在有机分子中引入氟原子会很大程度上改变分子的物理和生物学特性,从而产生所需的生物学和药理作用。例如,将CF₂基团引入到没有生物活性的β-内酰胺中所形成的α,α-二氟-β-内酰胺,具有抑制β-内酰胺酶和人白细胞弹性蛋白酶的分解的作用,因此氟代-β-内酰胺类化合物也受到了广泛关注。多年来,人们发展了多种合成β-内酰胺的方法,而全新的从简单原料出发直接获得β-内酰胺的高效方法仍然令人期待。环状硝酮作为另一类重要的氮杂环化合物,在生物医药、自由基化学、聚合物工业等领域具有重要的应用价值。近十几年来,利用硝酮类化合物作为自旋捕获剂来治疗与自由基相关的疾病,例如中风、癌症以及神经退行性疾病等,有显著的效果。肟分子内Cope型氢胺化反应是非常简单的合成该类化合物方法,但通常局限于强热促进的或碱介导的方法,官能团兼容性较差,因此发展一种分子内催化的Cope型氢胺化反应合成具有药物活性结构的环状硝酮的方法备受关注。本论文针对α,α-二氟-β-内酰胺及环状硝酮这两类含氮杂环化合物的重要性以及其现有合成方法的一定局限性,基于课题组前期在C–N键构建新方法方面的工作积累,开发了α,α-二氟-β-内酰胺和环状硝酮的全新合成方法,具体研究成果如下:1、发展了铜催化α-溴代二氟乙酰胺与环丙烯衍生物及重氮类化合物的[3+1]环合反应,该方法是首例将金属卡宾中间体作为1碳合成子参与的[3+1]环合,为金属卡宾参与的成环反应提供了新思路。2、实现了从碳和氮链接的γ,δ-烯基肟出发催化不对称合成五元环状硝酮,并进一步由吡咯/吲哚类烯丙基肟出发合成了六元哌嗪类环状硝酮以及苯并底物出发合成苯并六元环状硝酮,其中部分环状硝酮具有较好的生物活性。该类反应为状硝酮的合成提供了新策略。