1,3-偶极环加成是化学反应中合成五元杂环化合物的经典反应,又被称为Huisgen反应。该反应是指1,3-偶极体与烯烃、炔烃及其衍生物之间的环加成反应生成五元杂环化合物的过程。1,3-偶极体一般分为丙烯基偶极体和炔烯基或丙二烯偶极体,例如甲亚胺叶立德、羰基亚胺、腈氧化物、腈亚胺等等。由于1,3-偶极环加成反应受溶剂介电常数和极性影响较小,反应容易进行,反应条件温和,该反应在有机合成杂环化合物中得到了广泛应用。本文主要涉及三类化合物的1,3-偶极环加成反应:1.有机催化联烯酸酯与氯代肟的1,3-偶极环加成反应异噁唑是五元杂环化合物中极为重要的一类,具有重要的医药作用及广泛的生物应用,因此异噁唑的合成成为众多化学家们的焦点。炔和腈氧化物的1,3-偶极环加成一般是获得异噁唑杂环化合物最直接的途径。在本文工作中,我们以三乙烯二胺和三乙胺为催化剂催化联烯酸酯与腈氧化物通过1,3-偶极环加成反应生成一系列异噁唑类化合物,反应条件温和,反应收率高达70-97%,并且当进行克级反应时的收率也能够达到90%以上,其余各种苯环取代基的产物都能有相当不错的结果,受电子效应和位阻效应影响极小,应用性范围广泛。2.有机催化联烯酸酯与氯代肟的双1,3-偶极环加成反应异噁唑啉和螺环异恶唑啉骨架都是一系列具有广泛生物活性的天然产物和合成产物,同时它也是有机合成中的重要中间体。大多数螺旋结构的合成策略是在现有的碳环或杂环上构造一个新的环,但是到目前为止,有关双1,3-偶极环加成构建螺环化合物的报道非常少。因此,我们以三乙烯二胺和三乙胺为催化剂催化2-苄基取代的联烯酸酯和氯代肟的双1,3-偶极[3+2]环加成反应,一锅法合成了一系列螺异恶唑啉类化合物。该反应的产率在55-90%范围内,反应条件温和,底物的适用性良好,几乎不受位阻效应和电子效应的影响。此外,我们还进行了相关衍生反应和机理验证,为螺环结构化合物的合成提供了新的途径。3.有机催化β-酮酰胺与腈亚胺的1,3-偶极环加成反应吡唑是一类极为重要的五元杂环化合物,广泛存在于多种已知化合物和天然产物中并具有广泛的医药和农业化学活性,吡唑的衍生物吡唑啉则是医药和染料的重要中间体,因此吡唑类药物具有广阔的研究和开发前景。在本部分工作中,我们选择采用毒性较低的有机小分子催化反应合成目标产物。我们以价格廉价、低毒的4-二甲氨基吡啶和三乙胺为催化剂,以β-酮酰胺和腈亚胺为原料通过1,3-偶极环加成反应合成一系列多取代吡唑类化合物。该方法催化剂用量少,反应经济性更高,收率高达67-98%,底物范围广,并且具有较高的区域选择性,为吡唑类化合物的合成提供了新的策略。