过渡金属催化C(sp3)-C(sp3)/C(sp3)-B形成的反应,在现代有机化学中占有一个很重要的地位,与此同时,C-F键活化反应在提供新方法合成复杂的有机分子中也起到了一个非常重要的作用。在第一章中,我们首先综述了过渡金属催化环氧乙烷及其简单衍生物交叉偶联反应的历史背景和当前状态,并重点介绍了碳亲核试剂在过渡金属催化条件下与环氧化合物的偶联反应。此外,环氧开环硼化以及该过程中明显的铜催化效应也在这章节中做了说明。值得一提的是,我们进一步展示了氟取代基尤其是含有偕二氟化合物和偕二氟环氧丙烷的交叉偶联反应。一般来说,利用过渡金属催化交叉偶联反应构建C-C,C-B和C-X(X = N,O)合成复杂结构化合物应用广泛、机理明确。通过对比此前的烷基卤素和三元环氧以及偕二氟环丙烷等亲电试剂的交叉偶联反应,我们判断铜和钯可以催化三元环氧和偕二氟环丙烷等亲电试剂实现交叉偶联反应。在第二章中,我们展示了铜催化环氧和偕二硼试剂的开环反应,其中脂肪和芳香取代的环氧乙烷以及氮杂环丙烷可以中到高等产率的转化成相应的γ-羟基硼酸酯或者γ-氨基硼酸酯。这一新反应是对经典环氧乙烷试剂和偕二硼试剂的有效利用。我们的新方法具有良好的官能团兼容性,可以兼容大量具有合成价值的官能团,提供了一个在温和反应条件下合成复杂分子的有效策略。例如,该反应可以使一系列的脂肪族和芳香族化合物转化为相应的二级或三级γ-羟基硼酸酯。此外,也可以使磺酰基氮杂环丙烷转化得到相应的γ-氨基硼酸酯。在第三章中,我们实现了第一例铜催化(促进)环氧丙烷开环硼化。这个过程展示了用易得的二硼试剂(B2pin2,B2neop2)和端基环氧底物开环硼化的反应。含有不同的官能团环氧乙烷衍生物被转换为相应的β-羟基硼酸酯。同时,手性环氧化合物也可以参与到反应中,通过随后的氧化生成手性保持的1,2-二醇化合物。该反应中获得的β-羟基硼酸酯在有机反应中有很多应用,比如和芳基卤化物发生Suzuki-Miyaura偶联可以得到各种芳基取代的二级醇。另外,也可以通过Chan-Lam-Evans交叉偶联反应生成相应的芳香胺或者芳香醇。因此,我们发展的新方法得到的开环产物(β-羟基硼酸酯)也进一步为C-C键和C-N键化合物构建提供了便利。在第四章中,我们发现Pd催化可以选择性的活化偕二氟环丙烷化合物C-C键断裂。钯催化偕二氟化合物C-F键断裂反应是一个官能团兼容性非常好的生成单氟衍生物的途径。这个过程提供了一个生成2-F烯丙基胺、酯、醚的方法。同时生成的烷基化产物是Z式构型,是众多生物活性分子的重要结构。另外这也是偕二氟环丙烷首次在过渡金属催化交叉偶联反应中的应用。我们拓展了"铜、钯催化剂"在交叉偶联反应中的应用。更进一步,我们拓展了环氧化合物开环C-C和C-B键交叉偶联反应。另外,这也是偕二氟环丙烷首次在过渡金属催化交叉偶联中使用。我们实验室在端基环氧和偕二氟环丙烷上的努力是现代有机化学催化领域在底物上的突破。可是,这里面还存在一些挑战,比如铜催化环氧开环反应在1,2-二取代环氧化合物来构建四级碳中心以及更多二硼酯参与该反应的尝试都失败了。因此这需要我们课题组更多的努力来克服这些问题。