碳碳键以及碳杂键的构筑是有机合成化学的重要研究领域。过渡金属催化的新反应例如Kumada反应、Heck反应、Suzuki-Miyaura反应、Stille反应和Sonogashira反应等已经成为构筑碳碳键及碳杂键的有效方法。然而,这些转化需要对底物进行预先官能化。显然,通过碳氢键活化直接实现这些反应由于步骤短、排放的废物少而更符合原子经济性的原则。当前,过渡金属催化的碳氢键活化反应已经成为有机化学中广泛被研究的热点。过去的二十年来,过渡金属催化的sp2C-H键官能团化反应已经得到了广泛的研究和迅速的发展,取得了丰硕的成果,发展出了大量类型的反应。相比之下,过渡金属催化的sp3C-H键活化反应更具有挑战性。首先,sp3C-H键具有更高的pKa值,即具有更低的酸性而导致其难以活化；其次,在活化sp3C-H键时通常选择性较难控制。本文以过渡金属催化的sp3C-H键活化反应为研究内容,主要研究了过渡金属催化的芳基炔丙基醚O原子邻位sp3C-H键的交叉脱氢偶联(CDC)反应、双齿官能团导向的sp3C-H键的串连芳基化/氧化反应。另外,我们还研究了吲哚2,3-C-H键的活化反应。主要内容如下：1.铁催化的炔丙基醚与活泼亚甲基的交叉脱氢偶联反应研究发展了以FeCl2为催化剂,二氯二氰基苯醌(DDQ)为氧化剂,芳基炔丙基醚氧原子邻位的sp3碳氢键的活化反应,以中等到良好的反应产率得到炔丙基醚与p-二羰基化合物的交叉脱氢偶联反应(CDC)产物。同时,我们发现在上述反应过程中芳基炔丙基甲基醚可以在FeCl3和DDQ的作用下发生自聚反应。产物经过二维NMR的确认是具有一定比例的Z/E炔烯酮类化合物,此反应提供了一种温和、简单合成炔烯酮类化合物的方法。此工作已经发表在Synthesis杂志上(2011,2803-2809)。2.钯催化双齿基团导向的sp3C-H键活化反应研究发展了以Pd(OAc)2为催化剂的sp3C-H键芳基化／氧化反应。在醋酸银和氧气的共同作用下吡啶甲酰芳胺的sp3碳氢键与芳基碘苯发生反应,以较好的产率得到串连的芳基化/氧化反应产物。各种芳基碘苯都能较好的参与反应,供电子或者吸电子基团对芳基碘苯的活性影响不大；芳烃衍生物的氨基对位带有吸电子基团或者供电子基团时反应都能以中等到良好的收率进行。对反应机理的研究表明,该反应可能经历了PdⅡ/PdⅣ的催化循环。同时,所获得的芳基酮反应产物在碱性的条件下可高效的转化为重要的2-氨基二苯甲酮中间体。此工作已经发表在Org. Lett.杂志上(2012,14,1238-1241)。3.钯催化的合成3-芳酰氧化的2,3’-双吲哚衍生物反应研究。发展了以PdCl2为催化剂,碳酸银为氧化剂的吲哚先自聚再与芳基羧酸发生芳酰氧化的串连反应,以较好的产率得到3-芳酰氧化的2,3’-二吲哚化合物。各种带供电子基团或者吸电子基团的吲哚均可以得到中等到良好收率的产物；一系列的芳基羧酸也能参与此类串连反应。我们对反应提出了一个可能的反应机理。此反应实现了吲哚2-和3-sp2C-H键活化反应,提供了一种有效的合成3-芳酰氧化的2,3’-二吲哚化合物的方法。