吲哚及其衍生物是一类非常重要的含氮杂环化合物,已经被广泛的用于医药制剂,农药,染料工业和材料化学等领域,具有重要的应用价值和研究价值。因此,研究高效、原子经济性的合成方法以获得结构多样性的吲哚分子是合成化学家们一直感兴趣的研究课题;更重要的是能够促进以有机合成为基础的材料领域健康可持续的发展。本文主要研究了过渡金属催化的吲哚C-H活化反应及无金属参与的吲哚转化反应,其主要内容如下:一、铑催化吲哚与芳基硼酸的C-H芳化反应利用嘧啶作为导向基团,发展了铑催化的N-嘧啶吲哚与芳基硼酸的选择性C-H芳化反应。在最佳的反应条件下,能够高区域选择性的实现吲哚C2位的芳基化。反应体系具有良好的底物兼容性和广的底物适用范围,最高收率可达99%。分子间同位素效应实验表明:C-H键的断裂不是反应的决速步骤。使用强碱乙醇钠,在DMSO中,能够很方便的移除嘧啶导向基团,并以几乎定量的收率获得具有N-H结构的2-芳基吲哚。也为外排泵抑制剂(INF55)的合成提供了一条有效途径。并利用这一合成策略,高效地构建了具有吲哚骨架的二硝基化合物,经过还原反应成功合成了具有吲哚骨架的二氨基化合物。新型的吲哚骨架二胺单体可以应用于制备具有吲哚骨架的新型聚酰亚胺。二、铑催化吲哚与乙烯基三氟硼酸钾的C-H烯化反应使用乙烯基三氟硼酸钾作为烯化试剂,发展了铑催化区域选择性的吲哚C-H烯化反应。使用甲醇和三氟乙醇作为混合溶剂,反应温度为40 ~oC的条件下能获得一系列末端没有取代基的吲哚乙烯衍生物。通过核磁研究了反应的动力学同位素效应(K_H/K_D=1),实验结果表明:在C-H烯化反应中C-H键的断裂并不是反应过程中的决速步骤。利用C-H烯化反应作为关键步骤,探索了一条合成咔唑的新方法。这一合成策略能够制备各种单边具有取代基的咔唑衍生物,为咔唑聚合物光电材料的单体制备提供了一种高效的合成方法。三、铑催化吲哚甲酰胺和炔烃的C-H活化/环化反应设计了一种具有氧化型导向基团的吲哚底物,发展了一种高效的铑(III)催化吲哚甲酰胺衍生物与末端炔烃的C-H活化/环化反应。该反应具有以下优点:无需使用氧化剂,催化剂用量低,反应条件温和,反应效率高。并且,该方法为吡啶[3,4-b]吲哚-1-酮类衍生物的合成提供了一条有效途径。四、无金属参与的吲哚与二乙酸碘苯的选择性C-H乙酰氧化化反应发展了一种无金属参与的吲哚与二乙酸碘苯的选择性C-H乙酰氧化反应。通过对取代基效应,反应温度以及二乙酸碘苯用量等因素考察,建立了反应的最佳条件。在无需任何添加剂条件下,以中等到较好的收率获得一系列的C3—H乙酰氧化的吲哚衍生物。通过X—ray晶体衍射确定了产物的结构,并证实了C-H乙酰氧化反应发生在吲哚的C3位,进而推测了可能的反应机理。五、无金属参与的3-取代吲哚与二乙酸碘苯的氧化反应利用容易获得的吲哚作为起始原料,发展了一种新型无金属参与的3-羟基氧化吲哚的合成方法。在二乙酸碘苯的作用下,能够获得一系列具有各种官能团的3-羟基氧化吲哚衍生物。研究过程发现,吲哚氮原子上的取代基和溶剂对反应有重要影响。当吲哚氮原子上为含氮杂环芳香基团时,反应效果较好。通过设计合理的控制实验,详细的研究了反应的机理。反应过程中溶剂分子能够和高价碘试剂中的阴离子发生了交换。