含有氰基的化合物广泛存在于天然产物,药物和材料化学中。氰基官能团可以转化成多种不同的官能团,例如:醛基、羧酸、酯基、酮基、酰胺、伯胺等。早期使用的氰源是金属氰化试剂如Cu CN、Na CN、Zn（CN）₂等,其缺点是毒性比较大,而且会造成金属浪费。在此背景下,有机化学家探索出一系列毒性较小,温和友好的有机氰化试剂,例如N-氰基-N-苯基对甲苯磺酰胺（NCTS）、三甲基硅氰（TMSCN）、乙腈、偶氮二异丁腈（AIBN）等。值得注意的是,AIBN在不同条件下可以生成三种含氰自由基,分别是氰基自由基,氰丙基自由基和氰丙氧基自由基。由AIBN提供的氰基源和氰丙基源已经通过C-H键活化策略有效合成了含有氰基的芳香化合物。由于喹啉结构在天然产物,材料和生物活性分子中有着重要作用。因此,对喹啉环的修饰是有机合成化学中的研究热点。我们实验室已经实现了过渡金属催化的8-酰氨基喹啉C5位卤化反应,以及首次报道了镍催化或非金属体系下的8-酰氨基喹啉C5位高效选择的氟化反应。本论文包括三部分:在第一部分中,我们选择8-酰氨基喹啉为底物,廉价易得的AIBN提供氰丙氧基源,使用便宜的醋酸铜为催化剂,在氧气气氛中首次实现了新颖的8-酰氨基喹啉C5位氰烷氧基化反应。通过实验筛选得到优化的反应条件后,我们对8-酰氨基喹啉的衍生物进行了底物扩展,以及AIBN类似物也适用于该反应,并得到了相应的氰烷氧基化产物。在喹啉环的C5位有效的构筑了C-O醚键。我们进行的同位素标记实验也有效的验证了氰烷氧基化产物中醚键的氧原子是来自氧气。第二部分我们继续使用8-酰氨基喹啉为底物,AIBN提供氰丙基源,实现了硫酸镍催化的C5位氰烷基化反应。该反应需要在高温条件下氮气气氛中进行。同时也形成了C-C键的构建。该反应可以兼容芳香环上多种取代的官能团,同样对不同的AIBN类似物有着很好的兼容性,并提供了相应的C5位氰烷基化产物。第三部分我们对氰烷氧基化反应和氰烷基化反应的机理进行了详细的研究。由自由基抑制实验和自由基捕获实验可知氰烷氧基化反应是通过单电子转移的自由基机理。与氰烷氧基化反应机理类似,氰烷基化反应机理也是经历单电子转移过程,产生的氰丙基自由基高效定向的实现了8-酰氨基喹啉远程的C5位加成,另外Cu（OAc）₂与氰基和羰基的螯合作用能够稳定质子转移的过渡状态,促进空间位阻大的氰丙基自由基的加成。