过渡金属催化的偶联反应是有机合成中构筑碳-碳键和碳-杂原子键的重要方法。传统的偶联反应如Heck反应、Suzuki-Miyaura偶联反应、Stille偶联反应以及Sonogashira偶联反应等在过去几十年对有机合成领域发挥了重要的作用。然而这些偶联反应都需要使用预先官能化(卤化或金属化)的底物。近年来,原料成本和环境污染等因素限制了这类反应的广泛应用。过渡金属催化的碳氢键官能化反应和脱羧偶联反应选用碳氢化合物和羧酸作为原料,具有绿色环保、原子经济性高等优点。这两类新型的偶联反应也因此成为近年来有机合成的重点研究领域。本论文研究了过渡金属催化的吲哚嗪碳氢键官能化反应以及a,β-不饱和羧酸参与的脱羧脱氢偶联反应,主要内容如下：1.钯催化的吲哚嗪与芳基烯烃高选择性氧化偶联反应研究我们研究了钯催化下吲哚嗪与芳基烯烃的高选择性脱氢烯基化反应。通过对反应体系中催化剂、配体、氧化剂以及溶剂等条件的优化,我们发现在醋酸钯作催化剂、碳酸银作氧化剂以及2,2’-联吡啶作配体的反应体系,可以实现从吲哚嗪和芳基烯烃合成吲哚嗪C-3位支状烯基化产物,并以中等到良好的收率得到一系列目标产物。控制性实验结果间接说明反应中吲哚嗪C-3位支状烯基化的高选择性是由吲哚嗪底物中的氮原子以及体系中的2,2’-联吡啶配体两方面因素所造成的。在实验结果和参考文献的基础上,我们提出了反应可能的机理。与已经报道的烯基化反应相比,该反应选用吲哚嗪和芳基烯烃为起始原料,首次从碳氢键出发实现了高选择性得到单一支状产物。2.钯催化的吲哚嗪与α,β-不饱和羧酸反应研究我们研究了钯催化下吲哚嗪与a,β-不饱和羧酸在氧化条件下的反应。首先我们对反应体系中催化剂、氧化剂、添加剂以及溶剂等条件进行了优化。我们发现通过调控反应条件中的氧化剂和添加剂可以实现选择性地切断碳氢键以及碳碳键；在该反应体系中我们还发现脱羧质子化以及脱羧脱氢偶联过程。通过对反应条件的优化,我们从吲哚嗪和α,β-不饱和羧酸合成了C-3位酰基化产物、C-3位支状烯基化产物以及C-3位和C-5位关环产物。对于酰基化反应和环化反应,我们考察了吲哚嗪和a,β-不饱和羧酸两个底物的适用范围。在实验结果和参考文献的基础上,我们提出了该反应可能的机理解释三种不同的产物。该酰基化反应已成为一种制备C-3位酰基化吲哚嗪类化合物的新方法；而采用α,β-不饱和羧酸通过脱羧脱氢过程实现区域选择性的环化反应则是对传统炔烃环化反应的补充。3.铜催化的2-烷基氮杂芳烃与a,β-不饱和羧酸的环化反应研究利用α,β-不饱和羧酸的脱羧脱氢关环反应性质,我们发展了铜催化的2-烷基氮杂芳烃与a,β-不饱和羧酸的环化反应。我们对反应体系中催化剂、还原剂、添加剂以及溶剂等条件进行了优化。在最优反应条件下我们分别考察了2-烷基氮杂芳烃和α,β-不饱和羧酸两个底物的适用范围,以中等收率合成了一系列C-2位芳基化的吲哚嗪类化合物。我们对反应机理的初步探讨发现体系中零价铜对反应的发生起到了关键作用。与已经报道的铜催化脱氢偶联反应体系相比较,该体系无需外加氧化剂,以原位产生零价铜的方式实现催化循环,并释放出氢气和二氧化碳。该反应为制备C-2位芳基化的吲哚嗪化合物提供了快速简便的新方法。4.铜参与的烷基酮与a,β-不饱和羧酸的环化反应研究我们发展了烷基酮与α,β-不饱和羧酸在氧化条件下经历自由基过程的脱羧脱氢环化反应,实现了2,3,5-三取代呋喃类化合物的合成。我们首先对反应体系中铜盐及其搭配和溶剂等条件进行了优化。在最优反应条件下我们分别考察了烷基酮和a,β-不饱和羧酸两个底物的适用范围,并以中等到良好收率合成了一系列2,3,5-三取代呋喃类化合物。我们对反应的机理进行了研究,并提出了可能的路径。该反应选用简单易得的原料和廉价的反应体系,是一种高效合成2,3,5-三取代呋喃类化合物的新方法。