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本论文研究了2-氨基吡啶氮氧化物辅助下廉价金属催化的C-H键官能团化反应,具体研究内容如下:一、铜促进的C(sp2)-H键的烷氧基化反应开发了一种N,O-双齿导向基团辅助下铜促进的C(sp2)-H键的直接烷氧基化反应(Scheme 1)。在空气氛围下,以含有2-氨基吡啶氮氧化物骨架的芳基酰胺为反应底物,在1倍量的氯化亚铜作用下,芳基酰胺与醇类化合物直接脱氢交叉偶联,得到邻位烷氧基化合物。通过控制实验研究了可能的反应机理,指出反应可能经历了一个钳形“Cu(III)-烷氧基”的反应活性中间体,空气中的氧气在反应中发挥了重要作用。值得一提的是,该方法对六氟异丙醇为偶联试剂时效果良好,各种官能团如甲基、甲氧基、三氟甲基、磺酰基、酯基、硝基、卤素在反应体系下均表现出良好的官能团耐受性。此反应被证实可高产率与高化学选择性的合成一系列含六氟异丙氧基的化合物。另外,导向基团可通过碱解反应移除,生成了相应的邻烷氧基苯甲酸。二、钴催化的C(sp2)-H键的烷氧基化反应开发了首例钴催化的芳基酰胺的邻位烷氧基化反应(Scheme 2)。含有各种官能团的芳基酰胺均可顺利与醇类化合物偶联,以中等到优良的收率得到苯环邻位烷氧基化的产品。反应体系具有催化剂比较廉价、反应条件比较温和,操作简单等诸多特点。另外,该反应也是首例以C-H键活化的方式实现的烯类酰胺的烷氧基化反应。通过自由基淬灭实验、动力学差异实验与密度泛函理论讨论了反应的可能机理,指出反应经历了三价钴激发的分子间的单电子转移历程。三、钴催化的C(sp2)-H键的炔基化/环化反应开发了首例钴催化的芳基酰胺C(sp2)-H键与端基炔的炔基化/环化串联反应(Scheme 3)。在N,O-双齿导向基团的辅助作用下,芳基酰胺与端基炔在四水合草酸钴的催化作用下,经脱氢交叉偶联反应可直接生成3-亚甲基异吲哚啉酮类化合物。该方法有如下优势:底物的适用范围广泛、反应条件相对温和、操作简单,并且催化剂廉价易得,用量可低至5 mol%。在该反应中醋酸银被证明是体系的氧化剂。环化产物可经一步反应生成二嗪盐类化合物,导向基团可经三步反应脱除,得到3-苄亚基异吲哚啉酮。通过一系列控制实验证实反应经历了一个钳形“Co(III)-炔基”中间过渡态。