酯和酰胺结构广泛存在于天然产物、药物、生物活性及功能材料分子之中,与此同时,酯和酰胺还是一类重要的有机合成前体,通过对其进行结构修饰或官能团转化可以合成一系列含有其他官能团的有机化合物,这已成为有机化学领域的重要研究方向。因此,开发便捷高效的合成手段实现酯和酰胺的转化反应,具有重要的理论意义和应用价值。本论文使用酯和酰胺作为偶联试剂,分别实现了芳烃的远程C–H烷基化反应和芳烃的邻位C–H酰基化反应。此外,将含有吡啶骨架结构的C–H酰基化反应产物作为合成前体,通过环化成盐/不对称氢化策略,实现了手性吲哚里西啶类生物碱的高效简便合成。具体研究内容如下:使用苯乙酸衍生物酯和酰胺作为亲核试剂,实现了钯催化1-氯甲基萘衍生物的远程C–H烷基化反应,产物α-芳基酯和α-芳基酰胺的收率在55%–88%之间。论文揭示了酯和酰胺的α-氢p Ka值与其反应活性和反应选择性密切相关。机理研究表明,目标反应经历了苯乙酸衍生物对π-苄基钯中间体的亲核进攻–脱芳构化过程,以及后续的1,5-氢迁移–芳构化过程。使用酰胺作为酰基亲电试剂,通过过渡金属钌催化剂对2-芳基吡啶的芳环邻位C–H键及酰胺C–N键的双重活化,实现了2-芳基吡啶的选择性C–H酰基化反应。在最佳反应条件下,含不同取代基的2-芳基吡啶和酰胺底物均能顺利发生反应,得到相应的含吡啶骨架的芳酮类目标产物,收率在34%–85%之间。机理研究表明,C–H键活化不是反应的决速步骤,芳烃C–H键活化过程要先于酰胺C–N键活化过程,羧酸钌活性催化剂通过C–H环金属化过程生成的五元环钌配合物可能不是酰胺C–N键活化的关键中间体。将上述合成的含吡啶骨架的芳酮类化合物作为反应起始原料,经由还原、环化成盐过程合成环并吡啶盐,再通过铱催化不对称氢化反应合成手性吲哚里西啶化合物,产物收率在70%–95%之间,对映选择性最高可达86:14 er,非对映选择性普遍大于20:1 dr。X-射线单晶衍射分析表明,手性吲哚里西啶产物的绝对构型是6S,10b R。机理研究表明,环并吡啶盐的苄基位sp~3碳的手性转化过程可能是由苄基位sp~3碳氢较强的酸性所致。