过渡金属催化的有机化学反应在现代有机合成中占有重要的地位，它们均经历某个或者某些反应活性中间体。因此，反应活性中间体的发现和构建是实现催化反应的关键。 反应活性中间体的生成是实现过渡金属催化有机化学反应的第一步，也是金属有机化学的一个关键科学问题。

亲核反应是有机化学的一类重要反应，它是亲核试剂向底物中带正电的部分进攻的反应。 构建亲核反应的关键科学问题是亲电试剂的生成，亲核试剂的选择，和亲核反应产物的选择性。建立过渡金属催化的原子经济性导向的新型亲核反应，在基础研究和化学工业中具有重要的意义。

本论文发展了基于碳/氮亲核试剂对亲电试剂进行捕获的高原子经济性的亲核反应，构建了一系列新型C–C和C–N成键反应。如：钯催化的胺与烯丙醇的亲核取代反应(合成烯丙胺)，端烯C–H键与α,β-不饱和-γ-丁内酰胺的亲核加成反应(合成5-烯基-2-吡咯烷酮)，端炔C–H键与α,β-不饱和-γ-丁内酰胺的亲核加成反应(合成5-炔基-2-吡咯烷酮)。具体工作内容如下：

1．建立了氮亲核试剂对亲电的反应活性中间体“η³-π-烯丙基钯”进行捕获的高原子经济性反应。利用这一策略，实现了钯催化的烯丙醇与胺的亲核取代反应。该反应以1-苯基-2-烯丙基-1-醇和二苄胺为模板底物，5 mol%的Pd(Xantphos)Cl₂为催化剂，2-PrOH 为溶剂，室温下反应，最高以 95%的收率获得烯丙胺类化合物。通过控制实验，当量反应，和高分辨质谱(HRMS)对反应机理进行了研究，证明了反应过程经历C–O键活化形成亲电的反应活性中间体“η³-π-烯丙基钯”。胺为氮亲核试剂，与“η³-π-烯丙基钯”发生亲核取代反应，实现了室温下，烯丙醇的直接胺化，合成了一系列烯丙胺类化合物。

2．建立了烯烃碳亲核试剂对亲电的反应活性中间体“N-酰亚胺正离子”进行捕获的原子经济性反应。利用这一策略，实现了Brønsted酸和Lewis酸共催化的端烯与N-苄基-α,β-不饱和-γ-丁内酰胺的亲核加成反应。该反应以1,1-二苯乙烯和N-苄基-α,β-不饱和-γ-丁内酰胺为模板底物，5 mol%的Y(OTf)₃•xH₂O和15 mol%的TsOH为催化剂，四氯乙烷(TTCE)为溶剂，50 ℃下反应，最高以85%的收率获得5-烯基-2-吡咯烷酮衍生物。我们小组之前的工作证明了TsOH使α,β-不饱和-γ-丁内酰胺发生质子化的过程中会产生高度亲电的活性中间体 “N-酰亚胺正离子”。端烯为碳亲核试剂，与Lewis酸活化的“N-酰亚胺正离子”发生亲核加成反应，合成了一系列5-烯基-2-吡咯烷酮衍生物。

3．建立了炔烃碳亲核试剂对亲电的反应活性中间体“N-酰亚胺正离子”进行捕获的原子经济性反应。利用这一策略，实现了Brønsted酸催化的端炔与N-苄基-α,β-不饱和-γ-丁内酰胺的亲核加成反应。该反应以苯乙炔和N-苄基-α,β-不饱和-γ-丁内酰胺为模板底物，10 mol%的HAuCl₄•4H₂O为催化剂，四氯乙烷(TTCE)为溶剂，50 ℃下反应，最高以76%的收率获得5-炔基-2-吡咯烷酮衍生物。HAuCl₄使α,β-不饱和-γ-丁内酰胺发生质子化的过程中也会产生亲电的活性中间体“N-酰亚胺正离子”。端炔为碳亲核试剂，与“N-酰亚胺正离子”发生亲核加成反应，合成了一系列5-炔基-2-吡咯烷酮衍生物。