过渡金属催化的C-C、C-C键偶联反应是构建物质分子的有效途径,但是往往需要对底物进行预先官能团化处理。近年来,惰性C-H键的官能化策略可以实现C-H键的直接转换,避免了官能团的引入与去除,缩短了反应流程,是一种原子经济性和步骤经济性都十分理想的反应类型,具有重要的研究意义。21世纪,化学工业的快速发展给人类带来了巨大福音,但同时也产生了许多负面影响,这与现代人类的文明是不和谐的。因此,发展高效、绿色、低能耗的化学是当代化学工作者的责任与义务。本论文主要从热化学和光化学两个方面出发,发展了后过渡金属Au、Ru、Ir配合物以及有机小分子催化的温和、高效、绿色的C-H键官能化形成C-C、C-X键新方法。主要包括以下几个方面的工作：1.为了实现金在氧化偶联中价态的变化,往往需要加入Selectfluor、PhI(OAc)2、 NFSI等强氧化剂来完成催化循环。我们发展了温和、高效的金催化的叔胺α-sp3 C-H与硝基烷烃、甲基酮、环酮等之间的交叉脱氢偶联,首次实现了金催化的空气氧化的sp3 C-H键官能化形成C-C键,丰富并发展了金化学。2.我们开发了第一例金催化的空气氧化的sp3 C-H键官能化形成C-P键的新方法,并能放大到克级,为构建具有重要生物活性的α-氨基膦类物质提供一条十分温和、高效的合成方法。3.以Ru(bpy)32+为光催化剂,我们发展了可见光诱导的惰性sp3 C-H键断裂引发的串联反应,为构建具有药理活性的天然产物dactylicapnosinine类似物提供了一条目前最快捷、经济的方法。以简单的叔胺和α-酮酯为原料,在温和的反应条件(室温、空气、可见光)下,先后发生C-H/C-N键的断裂与分子重组,一步形成四根新的化学键和两个新的环并构建出一个不容易形成的季碳中心。4.以fac-Ir(ppy)3为光催化剂,我们发展了可见光诱导的室温脂肪羧酸脱羧性C-C偶联／自由基C-H键官能化串联反应。这一策略为构建C3双取代的吲哚酮提供了一种十分简便、温和的方法,并可以快速扩展吲哚酮的结构多样性。5.我们发展了无金属、Bu4NI催化的多重sp3 C-H键官能化串联形成C-N、C-O、C=N键的新方法。以1,3-二羰基化合物和苄基胺为原料,在温和反应条件下可以快速构建嗯唑衍生物。