杂环化合物形成了有机化学的一个重要分支。杂环的多样性和有效的生物特性,使其成为化学家研究的重点目标。杂环化合物的重要性不仅体现在生物学和工业上的应用,也体现在人类社会的发展中。大部分医药品是模拟具有生物活性天然产物的杂环化合物。因此,发展新的,高效的方法合成杂环化合物具有重要的意义。有机膦化合物作为生物分子、新陈代谢探针、肽类似物、抗菌素、药剂和其他的一些生物相关分子具有极其重要的研究价值。在生物学和药物化学中,膦酸酯常作为羧酸酯的电子等价物,能影响酶的生物过程,是一类重要的合成衍生物。当杂环分子中引入磷酸基团后常常显示出更重要的生物活性。α-重氮膦酸酯同时具有重氮基和膦酸酯基,一方面可以作为亲核试剂参与不对称反应,是获得手性重氮和膦酸酯衍生物的高效方法;另一方面,α-重氮膦酸酯还可以作为重要的卡宾前体,在过渡金属催化下发生X-H(X=C,N,O,S,Si等)插入反应、环丙烷化反应以及1,2-氢迁移反应等一系列化学转换,为构建各种有机膦药物分子、天然产物以及生物活性分子提供了有效的手段;另外,α-重氮膦酸酯是1,3-偶极体,可以和亲偶极体发生不对称环加成反应直接高效构建氮杂环膦酸酯衍生物。本文将阐述基于α-重氮膦酸酯合成子参与的不对称反应来构建三类手性有机膦酰杂环化合物:第一部分:发展了一种构建手性膦酰1,4-二氢哒嗪类衍生物的新方法。即通过设计合成具有叔胺结构的金鸡纳碱系列催化剂,催化α-重氮膦酸酯与MBH碳酸酯的不对称烯丙基化反应,得到了重氮膦酸酯α位的不对称烯丙基取代产物,催化产物在路易斯酸的催化下,发生分子内的1,3-偶极环加成反应,重排开环,得到了具有潜在药物活性的手性膦酰哒嗪类衍生物。第二部分:通过设计双功能硫脲催化剂,成功实现了第一例α-重氮膦酸酯对α-酮酸酯的不对称亲核加成反应,建立了一种以高对映选择性和高收率来获得系列含有多官能团光学纯的α-重氮-β-羟基膦酸酯衍生物的方法。所得产物可进一步转化为手性β-叔羟基膦酸酯和α-卤代膦酰环氧丙烷衍生物,特别是α-氟代膦酰环氧丙烷衍生物。第三部分:设计合成了金鸡纳碱和联二萘衍生的相转移催化剂,并用于催化苯甲醛和丙二酸酯发生Knoevenagel反应生成的亲偶极烯烃与α-重氮膦酸酯的不对称1,3-偶极环加成反应,构建了一系列多官能化手性膦酰吡唑啉衍生物。