异腈化合物是一种重要的有机合成子,常被应用于许多含氮化合物的合成当中。在该研究领域中,异腈化合物在过渡金属催化下的插入反应得到了科学家们的广泛关注并取得了许多重要成果。然而,该类反应也存在着过度插入、环化以及氧气不易插入等不足之处。因此,发展一种氧气作为氧化剂和氧源的异腈与多种亲核体简单的插入反应是一个亟待解决的课题。另外,异腈化合物与重氮化合物反应绝大多数集中于重氮卡宾和异腈化合物的插入反应。然而,异腈化合物与2,2,2-三氟重氮乙烷的插入反应始终没有被实现。因此,实现异腈化合物与2,2,2-三氟重氮乙烷和多种亲核体的串联插入反应以及开发异腈化合物与重氮化合物的新型串联插入反应非常令人期待。本论文以过渡金属催化和重氮化合物参与反应为基础,以研究异腈的插入反应为核心,重点研究了氧气作为氧化剂和氧源的异腈化合物与多种亲核试剂的插入反应、异腈与2,2,2-三氟重氮乙烷和亲核体的串联插入反应以及异腈与重氮化合物新型的串联环化反应。具体研究内容如下:1)在Rh的催化下,我们利用氧气作为氧化剂和氧源,成功实现了异腈化合物与醇或者胺的氧化偶联反应,高效制备了N-芳基氨基甲酸酯和脲类化合物。反应具有起始原料廉价易得、操作简单、条件温和、收率高和底物适用范围广等特点。另外,该反应利用α-羰基重氮化合物作为卡宾配体实现催化循环。这为α-羰基重氮化合物作为卡宾配体在有机合成化学中的应用奠定了基础。2)在Rh催化下,我们利用异腈与2,2,2-三氟重氮乙烷形成的三氟甲基取代的烯酮亚胺这一重要中间体,实现了其与各种氧亲核体、氮亲核体的亲核加成反应,快速高效的合成了三氟乙基取代的亚胺酸酯和脒类化合物。在此基础上,通过烯基异腈和2,2,2-三氟重氮乙烷的分子间插入以及分子内成环反应,一步构建了1-三氟乙基异喹啉类化合物。3)以α-羰基重氮化合物作为有效的的端氮亲电试剂,利用活泼亚甲基异腈对重氮化合物进行连续的分子间亲核加成/[3+2]环加成/分子内环化-开环/消除的反应,简单高效的合成了一系列氢化咪唑和联咪唑类化合物。该反应不仅创建了一步、简单、高效制备氢化咪唑和联咪唑的新方法,而且为α-羰基重氮化合物端氮作为有效亲电试剂在有机反应中的进一步应用奠定了坚实的基础。