作为数量最多的杂环化合物,含氮杂环化合物广泛存在于多种具有生物活性的天然产物和药物分子中,不仅如此,在高分子化学、材料化学等领域也能找到含氮杂环的身影,因此,研究含氮杂环的合成方法有着十分重要的意义。合成含氮杂环的策略也是与日俱增。近年来,以过渡金属催化C-H键活化为基础来制备含氮杂环化合物因其具有独特的原子经济性和环境友好性而受到化学家的青睐。其中,以金属卡宾为前体的金属插入反应来实现C-H键官能化得到了快速的发展。氧硫叶立德是一类安全性高、易于制备的物质,可以作为卡宾前体广泛应用于多种串联环化反应中,通过C-H键活化高效构筑多种碳环、杂环化合物。我们对近些年来硫叶立德参与的串联环化反应进行了归纳,介绍了不同硫叶立德作为合成子在合成环状化合物中的应用。紧接着我们也对过渡金属催化氧硫叶立德参与的C-H键活化/环化反应进行了综述,介绍了氧硫叶立德参与的碳环、杂环化合物构筑。本论文将围绕探索基于氧硫叶立德参与的串联环化反应,并从简单易得的底物出发,快速高效的构筑2-苯基吲哚、吡咯并喹喔啉、吲唑氮氧化物等含氮杂环化合物,主要工作分为以下几个方面。1.首先我们发展了以N-吡啶基苯胺与氧硫叶立德为原料经过[3+2]环化过程合成2-苯基吲哚衍生物。在该反应中,二价钌为催化剂,六氟锑酸银和醋酸锌为添加剂,在吡啶基团导向作用下,率先选择性的在苯胺邻位发生C-H键活化而实现酰甲基化反应,进一步发生分子内亲核环化合成目标产物。该方法底物普适性广,区域选择性好,产率高,在合成具有生物和药物活性的吲哚类化合物方面具有潜在利用价值。2.其次,成功发展了吡咯并喹喔啉类衍生物的合成。我们采用2-(1-吡咯基)苯胺和氧硫叶立德为原料,二价钌为催化剂,氨基为无痕导向基团,其中氧硫叶立德为C1合成子,空气作为绿色氧化剂,经过[5+1]环化过程高选择性的合成一系列目标分子。3.此外,设计并成功实现了N-甲基-N-亚硝基苯胺与氧硫叶立德的[4+1]串联环化反应。在三价铑作用下,以高原子效率的方式制备了一系列吲唑氮氧化物。底物中的亚硝基作为导向官能团同时也是产物中“NO”的来源,该反应首先在亚硝基导向作用下发生烷基化反应,进而分子内环化获得目标化合物。在机理研究中,我们成功分离得到了烷基化产物,通过控制实验证明了该中间体的存在。4.最后,利用7-氮杂吲哚为导向基团,通过C-H键活化来制备氮杂吲哚衍生物。7-氮杂吲哚是一类重要的含氮杂环,具有较高的生物医药价值。以7-氮杂吲哚为导向基,通过C-H键活化来构筑氮杂吲哚衍生物已有很多成果被报道,例如N-苯基-7-氮杂吲哚苯环邻位上C-H键的氯化、胺化、磷胺化、烯基化、炔基化等。我们提出利用氧硫叶立德为偶联试剂,三价铑为催化剂,选择性的在N-苯基-7-氮杂吲哚芳环上进行烷基化反应。该方法得到了一系列含氮杂吲哚的α-芳基酮衍生物。