氢键催化是有机小分子催化中的一种重要的催化模式。基于氢键催化概念,众多的有机小分子氢键催化剂被合成并应用到诸多不对称催化反应中。然而,与共价催化模式(例如烯胺催化、亚胺催化等)相比,氢键催化过程更易受热力学影响,对于决定产物对映选择性的关键中间体和过渡态,动力学控制不足。为了解决这个问题,有机化学家仿照酶催化,发展了多氢键小分子催化剂。可以在催化剂和底物之间、或者底物与底物之间产生三个以上的氢键作用力,更好地控制反应中间体和过渡态的空间构型,保证反应的立体选择性。本论文在我们提出的多氢键协同催化的基础上,重点针对分子内氢键协同催化进行深入的研究。第一章:本章是关于氢键催化研究的背景综述。首先介绍了几种常见的有机小分子催化模式。然后分别以硫脲衍生的氢键催化剂与磷酸衍生的氢键催化剂为对象,介绍了这两种最有代表性的氢键催化剂的发展。接着以双功能氢键催化为主线介绍了近年来发展的一些双功能氢键催化剂。最后是关于多氢键催化的介绍。第二章:本章首先简单介绍了小分子催化在复杂产物多样性合成中的应用。然后介绍了2014年我们小组发展的分子内氢键协同催化以及该策略的最新研究进展。接着介绍了环丙烯酮化合物在过渡金属催化和小分子催化等领域的应用以及该类化合物基本的活化策略。最后介绍了关于分子内氢键协同催化的第一个工作:结合分子内氢键协同催化与双功能氢键催化,降低了水杨醛衍生的甲亚胺叶立德与环丙烯酮两个底物之间前线轨道能量的差值,顺利地完成了加成与环化反应。这部分工作代表了一种新的环丙烯酮的活化方式,基于此我们首次实现了环丙烯酮化合物参与的不对称催化反应。后续工作通过对底物结构的微调,该反应可以很好地控制区域选择性,得到两个结构完全不同的手性骨架,实现了复杂手性分子的多样性发散合成。该反应具有催化剂量小、产率高、选择性好、能应用于克级规模反应等特点。我们通过控制实验和DFT模拟计算对反应机理进行了研究和探讨。第三章:本章首先综述了α?酮酯化合物参与的化学反应的最新研究进展。然后介绍了不饱和α?酮酯化合物与水杨醛衍生的甲亚胺叶立德化合物的高效串联反应。该反应是对分子内氢键协同催化的进一步发展。反应选择性好,产率高。反应可以用较低的催化剂用量实现克级制备。产物核心骨架由苯并吡喃与吡咯构成,具有作为药物分子或者药物合成砌块的潜力。第四章:本章工作是将氧化石墨烯发展为新型蛇纹石抑制剂的研究。首先简要介绍了本课题立项的意义以及涉及到的矿物浮选的背景知识。工作初始,使用通用方法制备了氧化石墨烯。接着矿物浮选实验证明了氧化石墨烯的效果。最后通过表征实验从分散与絮凝两个方面解释了镍黄铁矿的浮选回收率提升的机理。本章充分说明了氧化石墨烯是一种在硫化铜镍矿浮选中应用前景广阔的蛇纹石抑制剂,并有可能应用于其它矿物的浮选工艺中。