碳氢键作为有机化合物中的基本单元,将其转化为C-C键或C-X键,即实现碳氢键的直接官能团化,一直是有机化学中的热门研究领域。该反应策略与传统的合成方法相比,可有效地缩短化合物的合成步骤,提高原子经济性,同时也可避免由传统多步合成产生的副产物对环境的污染,符合绿色化学发展的要求。在第一章中,主要对在氧化条件下碳氢键的直接官能团化做了简单分类,并结合本论文研究内容对杂原子α-位和苄位的直接官能团化、不对称官能团化以及自由基引发的远端惰性碳氢键的区域选择性的研究进展作了系统地总结。在第二章中,我们通过氧化C(sp3)-H官能化,实现了以取代异色满为原料合成α-位二取代异色满的新方法。该反应使用DDQ作为氧化剂,LiBF4作为添加剂,底物可以顺利的发生碳氢键的氧化断裂生成相对稳定的氧鎓离子中间体;随后,中间体被炔烃三氟硼酸钾盐亲核试剂捕获,高效地生成目标产物。该反应条件温和,操作简单,反应规模放大到克级仍有较好的收率。该方法的建立弥补了传统氧化碳氢官能化策略仅适用于一级苄醚底物合成二级苄醚产物的局限性,为快速合成α-位二取代异色满结构提供了新的策略。在第三章中,我们实现了1,1-二芳基甲烷骨架的氧化还原去外消旋化研究。在该研究中,使用二氧化锰作为氧化剂可将底物氧化为在体系中相对稳定的中间体对亚甲基苯醌;在手性磷酸的催化作用下,通过不对称转移氢化,将其中间体原位还原为与原料结构相同的光学纯的产物,从而实现去外消旋化的目的。在该反应中共克服了两个难题:一是苯环上4位羟基的引入不仅解决了两个苯环之间的位阻区分度问题,同时也为氧化生成较为稳定的中间体对亚甲基苯醌提供了驱动;二是由于氧化剂二氧化锰在反应溶液中的溶解度较低,使其难与反应体系中的还原剂发生快速的淬灭反应,在一定程度上解决了氧化剂与还原剂的兼容性问题。该方法的建立为1,1-二芳基骨架的不对称获取提供了新的思路,弥补了传统手性合成适用范围的局限性。在第四章中,我们以含有过氧化氢的烷烃作为底物,在Fe(Ⅱ)催化的氧化还原循环过程中生成烷氧自由基,通过1,5-氢迁移,实现了远端惰性亚甲基和次甲基的官能化。该模块化反应可在温和条件下,快速完成远端未活化碳氢键的氟化和炔基化转化。此外,我们尝试以含有苄位碳氢的底物出发,采用“一锅法”的策略,在经过连续两次碳氢键氧化官能化,实现了底物的一锅法1,4-碳氢键的双官能团化。