氮杂芳烃结构单元在众多天然产物、药物分子及材料化学中广泛存在,发展快速构建这类化合物的合成方法一直是有机化学家倍受关注的研究领域之一。其中,过渡金属催化的C-H键活化/功能化策略为高原子和步骤经济性地制备这类化合物提供了绿色的合成途径。基于亚胺化合物多样性的反应活性,近年来有关烯烃、炔烃及羰基等化合物和C=N双键通过n+2,Diels Alder,亲核及自由基反应而形成C-N键的研究已有广泛报道。然而涉及过渡金属催化alpha-亚胺基Csp3-H键官能化的反应则研究甚少,而这类新型有机反应可为合成不同类型的氮杂芳烃提供强有力的工具。为此,本论文通过设计合成含氮杂原子功能基的化合物,研究了这类化合物在过渡金属络合催化作用下alpha-亚胺基Csp3-H键的反应性能,具体研究工作如下。首先,酮亚胺分子在过渡金属的催化作用下通过亚胺/烯胺异构形成环金属化中间体,这类活泼中间体可被不饱和功能基捕捉到而形成新的C-X(X=C and N)键。为此,我们以N-(2-吡啶基)-酮亚胺为底物分子,在金属Pd(II)盐的催化作用下,利用吡啶功能基的配位导向作用来活化alpha-亚胺基Csp3-H键,深入系统地研究了N-(2-吡啶基)亚胺与炔烃分子的环加成反应性能。该反应底物容忍性广,为在吡络环上定点选择性引入不同的多功能取代基提供了有效的制备途径。进一步机理研究证实了吡啶功能基在活化alpha-亚胺基Csp3-H键过程中起着重要的螯合作用;同时该反应的动力学研究(KIE=1.59)表明alpha-亚胺基Csp3-H键的断裂在亚胺与炔烃的[3+2]环化偶联过程中可能属于决速步骤。随后,考虑到炔烃与CO都属于不饱和三键的C1合成子,在上述工作基础之上,我们利用N-(2-吡啶基)酮亚胺为底物分子,以CO代替炔烃分子,尝试通过Pd(II)在活化在alpha-亚胺基Csp3-H键的同时可在Pd-Csp3键间插入羰基(CO)来捕获环钯中间体。结果表明,在Pd(II)/Cu(II)/KI体系下,N-(2-吡啶基)酮亚胺与CO在常压条件下可经由羰化环酰胺化反应快速构建具有潜在生物活性的[1,2-吡啶]并嘧啶-4-酮衍生物,产率良好至优秀。底物电子和结构性能与羰化反应的关联性研究证实:富电子亚胺的羰化环酰胺化的反应活性高于贫电子的亚胺分子;而立体位阻大的亚胺分子则导致低的反应转化率。此外,根据相应的控制实验和同位素动力学研究,提出了可能的反应机理。该反应进一步丰富了Pd(II)-催化的吡啶功能基导向的alpha-亚胺基Csp3-H键功能化的研究内容,为今后深入探索其他三键功能基与亚胺基Csp3-H键的偶联反应性能提供了有益的研究信息。最后,设计合成结构新异、具有光电性能的有机共扼单体是目前材料化学领域热点研究方向之一。我们结合C-H键活化可高效构建π-共轭体系的稠环芳烃骨架的合成策略,利用亚胺功能基的鳌合导向作用,探索了Rh(III)-催化N-苯基酮亚胺与α-乙酰基重氮化合物的接力C-H功能化反应性能。该反应通过一步化学反应同时构建了多个C-C和C-N键,成功地实现了具有多取代功能基的π共轭的1-氮杂非那烯类衍生物的合成,为制备新型有机共扼单体化合物库提供了有效合成途径。此外,该反应还实现了亚胺与不同α-乙酰基重氮化合物的交叉偶联反应,可在氮杂非那烯芳环上高选择性的引入不同多功能取代基。该类化合物的咔唑和苯并噻吩功能化及其光电性能研究进一步证实1-氮杂非那烯衍生物在π-共轭有机光电分子领域具有广阔的潜在应用前景。