杂环化合物是一类重要分子骨架,广泛地存在于天然产物、药物和生物活性分子中。近年来,利用过渡金属催化C-H、C-C键活化构筑杂环化合物受到化学家们的广泛关注。炔烃和重氮化合物因其具有多反应位点、高反应活性等特点成为有机合成的研究热点,尤其是在杂环构筑方面表现出色。因此,利用C-H、C-C键活化的策略研究炔烃和重氮化合物参与杂环构筑引起了我们的关注。本论文主要研究了炔烃作为C1、C2合成子以及重氮化合物作为C2合成子在基于C-H键活化的策略构筑杂环化合物的应用,主要研究结果如下:一、异喹啉酮化合物是生物医药分子和天然产物中重要的结构单元,合成此类化合物是有机合成化学领域研究的热点,尤其对异喹啉酮N原子上取代基的引入更是研究的难点。基于此,本论文研究了Rh（III）催化噁唑啉导向的C-H键活化,然后与二芳基炔构筑异喹啉酮衍生物的反应。在该反应过程中,炔烃与噁唑啉酮生成具有高活性的噁唑啉阳离子,借助噁唑啉易发生阳离子开环性质,与反应体系中亲核试剂反应,比如醋酸根,成功地在异喹啉酮N原子上引入乙酰氧烷基,通过该乙酰氧烷基的化学转化,容易将羟基、叠氮等官能团引入到N烷基链上,有利于产物的进一步化学转化,构筑结构多样的异喹啉酮衍生物。值得注意的是,该反应中Cu（OAc）₂具有双重作用,既可以作为氧化剂,又为反应提供了亲核试剂。该方法具有原子利用率高、底物范围广、区域选择好等优点。二、炔烃是一类具有高反应活性的化合物,在杂环构筑方面有着出色的表现,然而多数炔烃作为C2合成子参与杂环构筑,开发新型反应体系使炔烃作为C1合成子参与杂环化合物构筑,将为构筑结构多样性的杂环化合物提供机会。另一方面,吡唑啉酮是生物活性分子的重要结构单元,文献报道合成该类化合物的方法大多是通过1,3-偶极子的[3+2]环加成反应,利用炔烃作为C1合成子实现[4+1]环加成反应后的吡唑啉酮将被引入有用官能团,这有利于产物结构修饰和化学转化,同时该类反应也颇具挑战。基于此,本论文研究了Ir（III）催化吡唑烷酮和炔酯的[4+1]环化反应,大多数反应能够在30 min内完成,能够以高达99%的收率高效合成具有新颖分子骨架吡唑并[1,2-a]吲唑稠环类化合物,在该反应中,炔酯作为新型C1合成子,不需要外加氧化剂,符合绿色化学理念。该方法具有操作简单、反应条件温和、原子利用率高、官能团兼容性好、优秀的区域选择性、反应时间短等特点。三、3H-吲唑类化合物是生物活性分子中的重要结构单元,合成这类化合物的方法大多是通过[3+2]环加成反应,利用过渡金属催化C-H键活化策略实现这类化合物的合成鲜有报道。基于此,研究了Rh（III）催化苯肼盐酸盐、炔酯和丙酮的三组分反应,构筑分子内含有季碳中心的3H-吲唑类化合物。在该催化体系下,苯肼盐酸盐为目标化合物提供了两分子氮源,炔酯作为C1合成子实现了[4+1]环加成反应,成功地在产物中构筑了季碳中心。反应过程中,苯肼盐酸盐和丙酮首先生成苯腙作为临时导向基。该方法具有反应条件温和,区域选择性高等特点,为合成3H-吲唑类化合物提供了一种新思路。四、直接断裂炔烃C?C构筑杂环化合物已有报道,而断裂炔烃中其他化学键,不仅可以保留炔烃固有的化学反应活性,还会增加新的化学反应位点,丰富杂环化合物的种类,这也是炔烃化合物的研究难点。基于此,我们开发了吡唑烷酮和2-乙炔酮在Ru（II）催化下,发生连续C-H/C-C键活化构筑3-烷氧基吲哚化合物。在该反应中,首先吡唑烷酮和2-乙炔酮生成吲哚化合物,随后炔烃中C（sp³）-C（sp³）键在NaOAc的作用下断裂,并与醇类溶剂反应,得到3-烷氧基吲哚化合物,机理探究实验表明,NaOAc对C-C键的断裂是至关重要的。该方法具有底物范围广、官能团耐受性好、优秀的区域和化学选择性、无需外加氧化剂等优点,利用此方法还成功地在产物中引入酰胺基,可以进一步转化成氰基。五、1-氨基吲哚化合物广泛地存在于药物和生物活性分子中,利用过渡金属催化C-H键活化合成这类化合物已有报道,然而导向基团需要预先制备,降低了原子利用率,并且需要使用化学计量的氧化剂完成催化循化。因此开发无外加氧化剂的原位导向基活化C-H键构筑该类化合物是具有挑战性的。基于此,我们研究了Rh（III）催化苯肼盐酸盐、?-重氮-?-酮酯和丙酮三组分串联反应构筑1-氨基吲哚化合物。在反应过程中,苯肼盐酸盐与丙酮可原位生成苯腙作为导向基团,随后,?-重氮-?-酮酯作为C2合成子参与反应,以高达87%的收率合成了一系列具有不同取代基团的1-氨基吲哚。副产物为H₂O和N₂,不需要外加氧化剂,符合绿色化学发展的要求,该方法具有操作简单、优秀的区域选择性、底物范围广和原子利用率高等特点。