羰基是近代有机化学中最重要的官能团之一， 可以作为反应位点进一步应用于醇、醚等功能化合物的构建。此外，含有羧酸、酰胺、酮酰胺等羰基官能团的活性分子片段广泛地存在于天然产物及药物分子中。因此，羰基化合物的催化合成是近几十年来有机化学和催化化学的研究热点之一。本文瞄准(杂)芳烃羰基化合物催化合成中存在的反应步骤多、催化活性和选择性不高等不足，从CO参与的羰基化反应和通过碳碳键断裂与构筑发展非CO羰源两方面展开研究， 成功发展了多种制备这类功能化合物的新型催化反应新体系及方法。 主要获得以下结果：

1、发展了一种新的氧化羰化策略,即：氧化剂选择性地氧化杂芳烃的C-H键而非低价金属中间体，被定向活化的底物分子与低价金属催化剂进行氧化加成，继而进行CO的插入实现羰化反应。基于上述策略，选择性地实现了吲哚3位的单羰及双羰酰胺化反应，得到吲哚-3-酰胺及吲哚-3-α-酮酰胺。该方法可以成功地运用于具有生理活性的HIV-1 抑制剂及其类似物的“一锅”高收率合成。

2、首次实现了Pd催化的1,3-二唑2位sp²C–H键与胺类化合物N–H键的分子间直接氧化羰化酰胺化反应，高收率地得到杂芳酰胺。以无机金属氟盐为底物时，首次实现了氟离子的羰化酰胺化，得到氨基甲酰氟。而且，氨基甲酰氟可以进一步转化为高附加值化合物，如非对称的脲和氨基甲酰氰。

3、通过C–C键断裂，以廉价易得的1,3-二酮为酰基源，在温和条件下有效实现了吲哚3位 C–H键的酰基化。通过一系列控制实验、两个重要反应中间体的分离与表征及高效液相色谱原位跟踪技术、同位素标记实验等对反应机理进行了深入的研究。

4、发展了一种通过C–C键断裂合成邻酰氨基α-芳基酮和1,2-双取代吲哚羰基化合物的新方法。以同时含有亲电、亲核反应位点的邻碘苯胺衍生物为双功能反应底物，在CuI的催化作用下，与1,3-二酮的两部分分子片段经过C–C键断裂以及相应的C–C、C–N键偶联，高原子经济性、高收率地得到邻酰氨基α-芳基酮。所生成的双羰基产物还可以在FeCl₃催化作用下进一步关环生成具有生物活性的功能化吲哚化合物。邻位协同效应和溶剂效应对于该C–C键断裂和重筑反应均具有重要的影响。

5、利用廉价易得的氯化铁为催化剂，空气为氧化剂，实现了苯丙酮衍生物中碳碳键的氧化断裂，选择性地得到碳链缩短的醛、酮及1,2-二羰基化合物。并将该反应成功地应用于邻酰胺基苯丙酮衍生物的碳碳键断裂，得到功能化的邻酰胺基苯甲醛，在碱的作用下，该产物可以进一步关环，高收率地得到功能化的喹啉-2-酮。基于一系列控制实验，我们排除了反应过程中有自由基参与的可能性。