三元碳环结构是有机化学重要骨架之一,广泛存在于具有生物活性的药物和天然产物中,也是药物合成以及新材料合成等方面的重要原料。三元碳环化合物是最小的环状化合物,具有很高的环张力,极易在过渡金属和路易斯酸的作用下发生开环反应。另外,C-H键是有机化学中最基础的化学键,它们的转化能为有机化合物的合成提供广泛的选择。在C-H键的官能团化反应过程中,只需要失去一个氢原子即可,因此C-H键参与的官能团化反应具有较高的原子经济性,是有机化学中一个重要的研究领域。三元碳环化合物的开环/环化反应是指三元碳环化合物中的一个碳-碳键断裂,发生分子内或分子间的环化,形成五元或六元环状化合物的反应。该类反应往往需要加入过渡金属催化剂、路易斯酸和强氧化剂等。近年来,关于三元碳环化合物开环/环化反应的研究已成为有机化学领域的热点,并取得了丰硕的成果。为了拓展三元碳环化合物的开环/环化反应类型,本论文对C-H键参与三元碳环化合物开环/环化反应进行研究,主要包括如下内容:(1)第一章为文献综述。主要对近年来三元碳环化合物开环/环化反应的研究进展进行了详细的阐述,主要内容为(I)甲烯基环丙烷类衍生物的开环/环化反应;(II)乙烯基环丙烷类衍生物的开环/环化反应;(III)环丙醇类衍生物的开环反应或开环/环化反应。(2)发展了一种温和、高效的醚类化合物的C(sp~3)-H键参与三元碳环化合物的开环/环化反应。该反应不需要任何过渡金属催化剂,在仅加入叔丁基过氧化氢(TBHP)作氧化剂的情况下,即可一步实现三元环的开环/环化,以中等至优秀的产率合成一系列3,4-二氢化萘衍生物。该反应温和、高效的实现了从简单醚到高官能团化醚类化合物的构建。(3)实现了在银催化剂的促进下,酮类化合物的C(sp~3)-H键与三元碳环化合物的开环/环化反应研究。该反应使用价廉易得、来源广泛的硫酸银为催化剂实现了三元环中碳-碳σ-键的乙酰甲基化/芳基化,为乙酰甲基化/芳基化提供了一种有效而便捷的手段。该方法丰富了碳-碳σ-键参与反应的类型和方法,并一步实现了一个碳-碳键的断裂和两个新碳-碳键的生成。(4)建立了一种反应条件简单、官能团容忍性良好和底物适应范围广泛的路易斯酸催化醛类化合物的C(sp~2)-H键参与三元碳环化合物的开环/环化反应研究。在该转化过程中,通过氧化自由基策略实现了三元环中碳-碳σ-键的酰基化反应,并一步完成了一个碳-碳键的断裂以及两个新碳-碳键的生成。