色酮和吲哚结构广泛存在于生物活性的天然产物和药物分子中,在新药研发领域属于优势结构,其合成和官能团转化新方法研究一直是有机合成化学中的前沿和热点领域之一。本学位论文系统研究了过渡金属催化下3-重氮吲哚-2-亚胺的一些反应,这些反应提供了构筑结构多样的吲哚、色酮类化合物的新方法。主要内容和结果如下:(1)研究了二价铑催化下3-重氮吲哚-2-亚胺与芳醛及α,β-不饱和醛反应。发现3-重氮吲哚-2-亚胺在2.5 mol%Rh2(HFD)4催化下能够与芳醛反应生成(E)-2-(氨基(芳基)甲亚基)吲哚-3-酮类化合物,反应经历了铑卡宾形成/形式[3+2]环加成/开环重排串联过程,具有底物普适性好、条件温和、立体选择性高、产率良好等特点。当邻氟苯甲醛作为底物时,得到的产物可进一步在NaH的作用下生成色烯-4-酮并吲哚类稠杂环化合物。此外,当3-重氮吲哚-2-亚胺与α,β-不饱和醛反应则生成吡喃并吲哚类化合物,这一反应可能涉及6π-电环化过程。(2)研究了二价铜催化下3-重氮吲哚-2-亚胺与l-(邻羟基苯基)-3-(二烷基氨基)丙-2-烯-1-酮的反应。在Cu(OTf)2催化下,由3-重氮吲哚-2-亚胺原位产生的铜卡宾与1-(邻羟基苯基)-3-(二烷基氨基)丙-2-烯-1-酮发生亲电环化反应,以中等至良好的分离收率得到3-吲哚基色烯-4-酮,反应底物普适性良好,反应条件温和。在使用某些特定底物时,还分离得到了一些结构独特且具有荧光发射性质的副产物,包括吡啶并[2,3-b:6,5-b’]二吲哚和吡嗪并[2,3-b:5,6-b’]二吲哚类化合物。光物理性质测试结果表明,吡啶并[2,3-b:6,5-b’]二吲哚类化合物表现出溶剂依赖性发射,而吡嗪并[2,3-b:5,6-b’]二吲哚发出强的荧光,在环己烷中具有25.6%的量子产率。(3)在上述工作的基础上考察了传统的重氮试剂α-重氮丙二酸二酯与1-(邻羟基苯基)-3-(二烷基氨基)丙-2-烯-1-酮在Cu(OTf)2催化下的亲电环化反应,发现在适量水存在下该反应亦可生成色酮衍生物,即2-羟基-2-(色烯-4-酮-3-基)丙二酸二酯。条件控制实验和H2O18标记实验表明,水参与了该反应,并导致了产物中丙二酸二酯基团2位的羟基化,据此提出了可能的反应机理。(4)2-(磺酰基氨基)-3,3’-联吲哚是课题组邢延鹏博士以前通过Rh(II)催化的3-重氮吲哚-2-亚胺与吲哚的C-C偶联反应合成的一类化合物,为拓展这一方法的合成应用,本论文研究了 2-(磺酰基氨基)-3,3’-联吲哚在一价铜催化下与丙二酸二乙酯、苯胺等亲核性试剂的C-C偶联反应,发现该反应可选择性地发生在磺酰基氨基取代的吲哚环的3位,生成3-取代的3-吲哚基吲哚啉-2-亚胺类化合物。通过条件控制实验和自由基捕获实验,提出了可能的氧化偶联机理。由于产物分子中新生成了一个手性季碳中心,我们试图通过不对称催化来对映选择性地实现这一转化,但未能成功。