碳-氢键活化反应原子利用率高,反应步骤少,绿色经济,因此,碳氢活化反应研究是有机化学研究的最重要的领域之一。贵金属催化下的碳-氢键活化反应已被科学家大量报道。过渡金属催化的碳-氢键直接胺化反应来构建含氮化合物,是近年来有机合成的研究热点。然而,廉价金属催化的碳-氢键活化反应还是比较少见的。尤其是铁盐催化下的碳-氢键活化生成碳-氮键的反应,以及生成碳-氮键的关环反应,是一个值得研究的方向。金属铁在自然界大量存在,廉价低毒,在有机合成中,特别是在实际大规模生产中用铁来替代贵金属催化剂是比较理想的。从经济和环保的角度分析,该研究具有更大的挑战性和实际意义。本论文的主要内容包括以下三个部分：第一章是关于金属催化下的碳-氢键活化生成碳-氮键并且实现关环反应的综述。主要介绍了贵金属(Pd, Rh, Ru)以及廉价金属(Cu, Fe)催化下的碳-氢键活化形成碳-氮键并且实现关环的反应。第二章我们研究了FeBr3/O2参与的芳基腙经C-H键活化实现C-N键关环的反应。该反应以无污染的02作为氧化剂,廉价低毒的Fe作催化剂,甲苯作为反应溶剂,对各种二苯甲酮苯腙和α,β-不饱和酮苯腙的直接分子内碳-氮键关环反应进行了研究。该方法丰富了合成1H-吲唑和1H-吡唑衍生物的方法和途径,而且具有工业应用前景。第三章介绍了在FeCl3/tBHP体系下,通过多步交叉脱氢偶联反应(CDC反应),一锅法实现了C-H键活化、C-N键关环反应。反应以芳基胺和N-烷基内酰胺为原料,分子间关环合成了一系列四氢喹啉衍生物。该反应经历了两个C-C键的生成、一个C-N键的生成及再断裂过程,条件温和,简单高效。