基于C-H键活化策略的化学合成可以简化原料、减少浪费,缩短反应路线,实现常规方法难以合成的目标产物,是最经济、简洁、高效的合成途径之一,尤其在天然产物合成及药物合成上具有重要价值,近年来受到人们的广泛关注,在众多C-H键的活化方法中,过渡金属催化的有机反应有着独特的优势：这类反应通常具有反应条件温和,产率较高及良好的选择性(包含立体、化学、区域选择性)。在众多过渡金属催化剂中,金属钯是目前研究最深入,最广泛的一个自上世纪七十年代以来,随着Kumada, Heck, Suzuki, Negishi等偶联反应的陆续发现,钯催化的偶联反应发展十分迅速,时至今日,钯催化的偶联反应作为形成C-C、C-X键最简洁有效的方法之一,已经得到了广泛应用。C-C键的偶联反应是构建碳骨架的最基本反应,而通过两个C-H键之间的直接交叉脱氢偶联反应,则最大程度地简化了C-H键的预先官能化,符合原子经济性要求和绿色化学的宗旨,是最理想的构建C-C键的方法之一。许多药物分子在结构上至少含有一个氮杂环,制药工业经常会涉及杂环C-H键的活化偶联,因此,发展构建杂环C-H键活化的新方法是值得有机合成工作者长期关注的重要课题。吡啶和喹啉是含有一个氮杂原子的环状有机化合物,它们广泛的存在于生物碱、核酸、抗生素等许多具有生物活性的分子当中,另外也是许多药物分子、功能材料的重要组成部分。钯催化的杂环化合物烯化或芳基化在有机合成中具有很重要的意义,也是发展C-H键活化的重要组成之一,它不仅可用于构建杂环化合物的骨架,而且能在杂环骨架上引入不同的基团生成一系列衍生物,本论文研究利用钯催化的氧化交叉偶联反应分别制备了一系列的2-烯化吡啶衍生物和2-芳基化喹啉衍生物。第一章简单介绍了C-H键活化偶联反应的背景、现状和展望,讨论了氧化交义偶联的定义及钯作为氧化交叉偶联反应催化剂的优势,同时也重点讨论了oxidant-Heky反应的机理。第二章首先简单介绍了钯催化的烯烃交叉偶联,然后详述了近年来有关Oxidant-Heky偶联反应的研究,介绍了分子间、分子内、不对称的Oxidant-Heky反应,以及Oxidant-Heky反应在天然产物全合成中的应用,研究了反应的适用范围及反应机理。同时,还介绍了钯催化的芳烃氧化交叉偶联反应,包括分子间、分子内的偶联以及反应类型和机理的研究进展。第三章,详细叙述了钯催化的吡啶C-2选择性C-H烯化偶联反应的发现,反应条件的优化,反应底物的拓展及反应机理的探讨。我们利用Pd(OAc)2作为催化剂、AgOAc作为氧化剂、PivOH作为添加剂、吡啶及其衍生物和丙烯酸酯类化合物作为反应底物,在latm O2条件下经过连续的sp2(吡啶)C-H键、sp2(烯烃)C-H键活化、分子间C-C键形成,合成了一系列C2烯化的吡啶化合物,发现该反应能与大量官能团兼容。烯化的吡啶产物可以广泛的作为药物、农药、功能材料等的合成前体。第四章,在吡啶烯化反应的基础上,我们发展一种以Pd(OAc)2作为催化剂,Ag2CO3作为氧化剂,PivOH作为添加剂,喹啉及基衍生物和二氯苯类芳烃作为反应底物,高选择性的合成C-2芳基喹啉化合物的偶联反应。反应经过两次的sp2(喹啉和芳烃)C-H键活化,形成了分子间C-C键。底物扩展结果显示含有吸电子基的喹啉比含有供电子基的效果好,对反应的机理我们也做了讨论。该方法相比之前的报道,原料(喹啉和芳烃)不需要进一步的官能化,缩短了反应路径,提高了合成效率。另外,芳基喹啉化合物经常作为新型抗癌药物的前体,具有良好的发展前景。总之,我们已经成功克服了常见的导向的过渡金属催化芳烃C-H键邻位定向官能化模式,实现了钯催化的吡啶C-2选择性烯化和喹啉C-2选择性芳基化偶联反应。产物也可以进一步应用于有机全合成,为含有吡啶环／喹啉环的生物分子合成提供了一条简单有效的途径。