合成化学是现代社会的物质基础,有机合成方法学是合成化学的重要分支,近年来,基于碳氢键活化的氧化偶联反应因其符合绿色化学,可持续发展化学的理念而受到化学家们的广泛关注,其中惰性C(sp~3)-H键的活化成为有机合成方法学的研究热点。另一方面,一氧化碳参与的羰基化反应是工业上最为重要的反应之一,在基础研究中,这一领域也得到了飞速的发展。本论文首先概述了交叉偶联,碳氢键活化以及羰基化反应的发展历史,进一步重点介绍了烷烃碳氢键活化以及氧化羰基化反应的发展现状。论文的研究内容以过渡金属催化,自由基化学,电化学合成,异相催化等为手段对一系列烷烃和一氧化碳的氧化反应进行了研究。论文研究主要获得以下结果:1.发展了一种钯催化烷烃碳氢键活化的氧化羰基化反应,利用廉价易得的烷烃,一氧化碳和醇可以一步实现烷基羧酸酯类化合物的合成。钯催化剂与一氧化碳较强的配位作用可以使该自由基羰基化反应在较低的一氧化碳压力气氛下进行。另外,该体系还可以在无金属参与的条件下进行,亲核能力强的醇和亲核能力较弱的酰胺都能兼容,无金属残留的优点使得这种方法在生物医药领域有一定的应用价值。乙烷气体也可以在这两种体系中顺利转化。2.首次报道了烷烃的氧化双羰化反应,利用廉价易得的烷烃,一氧化碳和胺可以一步高效实现具有重要价值的α-酮酰胺类化合物的合成。机理研究表明,碳纳米纤维微球对胺有着较强的吸附作用,从而抑制了胺在该氧化体系中的氧化分解,促进了该过程的高效转化。在此基础上,我们通过搭配不同的金属和配体调控自由基和金属配合物的结合能力,实现了烷烃的选择性单羰/双羰化反应,钴催化体系能够完全得到单羰化产物,铜催化体系能够高选择性地得到双羰化产物。3.发展了一类电化学条件下卤素作为介导的C(sp~3)-H键卤化和烷氧化反应。卤素阴离子能够在相对较低的氧化电势下形成卤素自由基,卤素自由基通过攫氢实现C(sp~3)-H键的活化,并进一步实现其官能团化,体系中较低的电势使得有更多的反应类型可以兼容。另外,我们还利用甲壳素气凝胶负载纳米金属制备电极,纳米材料独特的性质使其相比于传统电极更具优势。4.制备了一种碳基底的纳米钯催化剂,并将其应用到一氧化碳氧化反应中。我们在利用X-射线吸收光谱观测有机金属试剂还原高价金属离子的过程中,发现在低温下能够得到单分子的零价金属配合物,随着温度升高,金属纳米颗粒会逐渐变大,将此制备方法与碳纳米纤维微球相结合可以合成小颗粒纳米钯催化剂,碳纳米纤维微球的纳米结构和丰富的官能团是其能稳定小颗粒纳米钯的原因。