碳氢化合物广泛存在于自然界，碳氢键官能团化在杂环化学中的应用近年来有了突飞猛进的发展，尤其是过渡金属催化的杂环的碳氢键官能团化。对于非金属参与的杂环的碳氢键官能团化研究比较少，我们主要研究非金属催化的杂环碳氢键官能团化。很多杂环化合物是药物的中间体，考虑到药物合成中金属残留的危害，有机合成工作者往往要避免在药物合成的最后两步使用金属。如果发展更加绿色、经济、高效的非金属催化反应来实现杂环的碳氢键官能团化，将是一个非常有潜力的研究方向。本论文所获得的产物的结构经过¹H NMR、¹³C NMR、HRMS或X-ray单晶衍射的确认。

第一章、绪论

分别概述了杂环化合物、碳氢键官能团化以及碳氢键官能团化在功能杂环化合物合成中的应用。

第二章、通过交叉脱氢偶联实现几类唑酰基化反应的研究

本章利用C–H和N–H的交叉脱氢偶联策略实现了KI催化的几类唑的酰基化反应。该合成方法能够放大到克级合成。反应经历了酰基自由基和唑的偶联过程，形成的酰基唑自由基负离子经过进一步的氧化生成产物。

第三章、酸催化下2-酰胺基二氢呋喃开环并与吲哚环化合成三取代咔唑反应的研究

在TMSOTf的催化下，2-酰胺基二氢呋喃的开环产物与吲哚发生环化，高化学选择性及高区域选择性的得到三取代的咔唑。此策略可以应用到克级，甚至更大量的放大合成。对照试验表明，反应经历了一个亚胺正离子的过程，发生一系列C–O，C–N键的断裂、C–C键的形成以及1,2-迁移。

第四章、喹啉N-氧化物C3区域选择性硝化反应的研究

本章报道一种直接的、环境友好的喹啉N-氧化物C3区域选择性的硝化反应。亚硝酸叔丁酯既充当氧化剂又作硝基源。反应经历了自由基过程，并且可以放大到克级规模合成。

第五章、银催化下2-烯丙氧基苯甲醛与亚磷酸酯的自由基环化反应的研究

本章报道一种银催化的自由基串联反应合成磷官能团化的2,3-二氢苯并吡喃-4-酮类化合物。机理研究表明反应经历了一个分子内的酰基自由基与烯烃加成及亲电的磷自由基和亲核的烷基自由基选择性偶联的过程。另外，该催化剂体系还可以延伸用于经由叠氮化及羟基化2,3-二氢苯并吡喃-4-酮类化合物的合成。