由于无需对反应底物进行预官能团化,反应步骤减少、策略简便,碳氢键直接官能团化反应为天然产物以及药物分子的合成提供了高效且原子经济的途径。近年来对碳氢键直接官能团化反应的研究已经成为有机化学中的热门领域。但是克服碳氢键的高键能并且实现区域选择性碳氢键活化反应具有很大的挑战。本论文基于导向策略分别研究了过渡金属钯,铜,钌催化的碳氢键官能团化反应,发展了构筑碳氧键,碳卤键和碳碳键的新策略,主要内容介绍如下:1.钯催化酰胺β-C（sp³）-H键活化制备多取代噁唑啉该研究以脂肪族酰胺为底物,以吡啶为单齿导向基团,通过串联惰性C（sp³）-H键活化/C-O键环化反应实现了噁唑啉衍生物的高效合成。该策略不仅能够以高产率制备甲基活化后的噁唑啉产物,普通亚甲基C（sp³）-H键也能很好的转化为相应的噁唑啉结构。生成的噁唑啉结构可以水解为相应的β-氨基醇。初步的机理研究表明,反应可能是经过先氯代再亲核环化的过程进行的。2.铜催化邻位碳氢键活化合成（杂）芳基卤代物该研究以2-（2-吡啶基）异丙基胺（PIPNH₂）作为双齿导向基团,以N-卤代丁二酰亚胺作为卤素来源,发展了铜催化的邻位C（sp²）-H键的卤代反应。该反应具有良好的官能团容忍性且底物普适性广,为合成芳基卤代物和杂芳基卤代物提供了新的有效方法。反应可以放大至克级规模,而且导向基团可以脱除,充分说明了此方法在有机合成中的应用价值。3.钌催化间位选择性C-H键苄基化反应该研究以吡啶作为导向基团,通过结合钌催化邻位C-H活化与芳烃特定位置的C（sp²）-H和甲苯衍生物C（sp³）-H的脱氢偶联反应,实现了芳烃间位选择性C-H苄基化反应。该反应的区域选择性高,官能团容忍性较好,为合成二芳基甲烷骨架提供了 一种新的有效策略。初步研究表明,反应可能通过自由基机理进行。