串联环化反应成为当今有机合成化学领域的研究热点之一,是合成各种结构复杂分子的有效手段,已广泛应用于天然产物全合成、碳环-杂环化合物的构建以及组合化学等领域。本论文主要研究了利用串联环化反应合成了三个系列结构较为复杂、新颖的碳环和氮杂环类化合物。在反应过程中利用了各种金属或非金属催化剂最大限度使反应底物转化为目标产物,有效避免了中间体的分离,充分体现了串联环化反应的原子经济性、合成高效性和环境友好性。主要的研究内容和结果如下:第一部分介绍了串联环化反应研究现状及其近年来在碳环和氮杂环类化合物合成中的应用。此外,本论文的选题依据、意义、创新点也被详细地阐述。第二部分发展了钯催化的串联环化反应用于稠合咪唑衍生物的构建。以咪唑、邻卤代芳基硼酸两组分为原料,PdCl₂和CuI为共催化剂,Ph₃P为配体,在K₂CO₃碱性条件下发生串联环化反应。该反应通过钯铜催化剂协同作用,一步实现C-C、C-N键的构建,完成一系列结构迥异的咪唑并菲啶衍生物的合成。此外,又描述了PdCl₂催化的咪唑与异腈插入环化反应。以Ph₃P为配体,在Cs₂CO₃碱性条件下,反应经历了钯催化下的氧化加成、异腈插入、还原消除等过程,高效合成新的咪唑并吡咯并吡啶衍生物。第三部分发展了铜催化的1,5-烯炔参与的自由基双环化反应。以1,5-烯炔和磺酰肼为反应底物,过氧苯甲酰为氧化剂,特戊酸为酸添加剂,在TBAI和Cu（OAc）₂协同催化下发生串联双环化反应。在反应过程中,原位产生的磺酰自由基诱发了分子间自由基加成、5-exo-dig/6-endo-trig双环化、均裂芳香取代以及单电子转移等过程,实现了C-S和C-C键的有效构建,合成了四环稠合的苯并芴衍生物。该反应具有原料简单易得、一锅法不需要分离、原子经济等优点。第四部分发展了碘催化的1,5-烯炔参与的自由基双环化反应。利用易得的分子碘为催化剂,叔丁基过氧化氢为氧化剂,将1,5-烯炔与磺酰肼在室温下进行串联环化反应,经历磺酰自由基诱发的自由基加成、5-exo-dig环化、自由基夺氢以及6-endo-trig环化等过程,实现三环稠合的茚并哒嗪衍生物的合成,同时完成了C-S、C-C和C-N键的有序构建。此反应具有反应条件温和、操作简便等优点。