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自由基反应是有机反应的一个基本类型,在现代有机合成和反应研究中扮演着重要的角色。相对于碳中心自由基已经获得广泛的研究和应用,涉及杂原子中心自由基的引发及其参与的反应仍然是具有挑战性的课题。本论文主要研究了以N-烷氧基酰胺自由基,肟自由基和磺酰自由基为代表的氮、氧、硫中心自由基的引发及其参与的环化反应,实现了一系列结构重要的杂环化合物的高效便捷合成。论文分为如下六章:第一章:首先简要介绍了杂原子中心自由基的种类、产生方式、反应类型以及Baldwin-Beckwith自由基环化规则。然后对N-烷氧基酰胺自由基,肟自由基和磺酰自由基的引发途径和它们参与的反应做了简要综述。第二章:提出了以CuCl/空气作为绿色高效的催化氧化体系,以易得的炔烃取代的N-烷氧基酰胺为原料的需氧氧化产生N-烷氧基酰胺自由基的策略,实现了该自由基对分子内炔烃的5/6-exo-dig环化串联反应,高效的合成了结构新颖的异噁唑烷并异喹啉酮和1,2-噁嗪烷并异喹啉酮类化合物。此外,通过反应中间体检测、同位素标记实验、动力学同位素效应以及EPR(电子顺磁共振)实验对反应机理进行了揭示和验证。第三章:发展了一种分子内烯烃的氧氰基化和胺氰基化方法,以廉价易得的CuCN作为氰基源,TBHP(叔丁基过氧化氢)作为绿色的氧化剂,不饱和酮肟为原料,通过原位氧化产生的肟自由基的氧、氮双位点5-exo-trig环化反应,实现了一系列具有潜在生物活性的氰基取代的异噁唑啉和环状硝酮的高效合成。第四章:实现了分子内烯烃非金属条件下的氧烯化和胺烯化反应,以不饱和酮肟为原料,利用氮氧自由基TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)作为肟自由基的引发剂和类Cope消除中的β-H受体,通过肟自由基的氧、氮双位点5-exo-trig环化反应,合成了一系列结构重要的异噁唑啉甲基烯和环状硝酮甲基烯。第五章:提出了非金属条件下磺酰自由基促进的自由基串联环化反应策略,该反应以亚磺酸作为磺酰化试剂,TBHP作为磺酰自由基的引发剂,2-炔基芳基叠氮为底物,通过磺酰自由基参与的炔烃的磺酰胺化反应实现了具有潜在生物活性的3-磺酰吲哚的绿色、高效合成。第六章:结论及展望。