可见光作为一种可持续,符合现代绿色化学理念的清洁能源,解决了日益严重的能源问题。近些年来,可见光催化反应展现出了条件温和、操作简单、高效率等优点,引起化学家们的极大关注,并被广泛应用到有机合成当中。本论文详细介绍了光氧化还原反应在有机合成中的研究进展,并围绕氧气参与的光氧化还原反应展开了一系列的研究。含氮杂环是构成大量生物活性分子结构的优势骨架,在医药、染料、农药和材料科学中具有广泛的应用。目前季铵化N-杂环的官能团化修饰主要通过官能化N-杂环的后期季铵化获得的,对其直接进行化学位点选择性修饰的研究很少,究其原因可能是对热和碱的不稳定性;两性物质影响催化剂的活性;两性物质弱溶解性带来分离困难等一系列问题。在本论文研究中,我们报道了可见光条件下氧气参与的季铵化N-杂环的区域选择性氧化反应。本文发展了一种可见光催化下氧气参与的C（sp³）-H键的羧化反应。该反应使用Ru（bpy）₃Cl₂·6H₂O作为光催化剂,氧气氛围下,以中等或中等以上的产率得到了一系列季铵化N-杂环羧化反应产物。之后通过控制性实验、同位素实验、荧光淬灭实验对可能的反应机理进行验证。该反应有条件温和、环保、原子经济效率高等特点,为季铵化N-杂环的C-H官能团化提供了一种新思路。本文还发展了一种无催化剂下,光照条件下氧气参与的C（sp³）-H键的氧化羟基化策略。该方法无需可见光催化剂,在室温条件下通过可见光照射即可以中等以上的收率得到季铵化N-杂环直接氧化的醇类化合物,通过紫外可见吸收光谱、中间体捕捉实验等机理研究验证了该反应是由电子给体-受体（EDA）配合物的光化学活性驱动的。该反应具有条件温和、绿色可持续、产率高等特点。