C-H键广泛存在于有机物中,它们的转化为有机化合物的合成提供了广泛的选择。并且C-H键在官能化后只需浪费一个H原子,因此该类反应具有较高的原子经济性,在有机化学中有着重要的地位。近年来,C-H键的选择性氧化受到化学工作者的广泛关注。使用的氧化剂通常为双氧水、叔丁基过氧化氢、次氯酸钠、高锰酸钾以及三氧化铬等。与上述氧化剂相比,氧气较为清洁易得,这是因为它无毒,来源丰富,氧化后的产物往往是水,对环境污染小。然而由于氧分子中存在两个三电子键,具有一定的惰性,往往需要催化剂的参与才能发挥其氧化作用。在该类使用氧气为氧化剂的反应中,使用的催化剂通常为铜、铁、钌和锰等过渡金属。然而过渡金属在地球上的存量有限,具有一定的不可再生性,因此近年来2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物、溴化氢、亚硝酸钠等非金属催化剂受到人们的青睐。基于这些现状,本论文以氮氧化物类非金属为催化剂,围绕苄基C-H键的需氧氧化,研究了苄醇类化合物向芳腈的转化,以及苄基醚向苯甲醛的转化。主要研究内容和结论如下:（1）以硝酸/2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物（TEMPO）为催化剂体系,空气为氧化剂,醋酸铵为氮源,实现了苄醇向苯甲腈类化合物的转化。对催化剂种类、硝酸用量、温度、氮源、反应时间等条件进过一系列优化之后,结果表明反应的最佳条件为:30 mol%TEMPO、30 mol%硝酸、3当量的醋酸铵、2 mL冰醋酸为溶剂、50℃反应温度,1 atm空气、12 h反应时间。在最优反应条件下,研究了不同苄基醇类化合物的反应效果。结果表明芳环上所带的取代基对反应结果影响较小,不论是吸电子取代基的存在,还是带有给电子基团的苄醇几乎都可以顺利地进行反应,腈类产物的产率在60%-90%之间。该方法也能应用于较大位阻的底物,例如2,4-二氯苄醇和2,6-二氯苄醇的反应分别给出85%和75%的产率。2-萘甲醇也能有效地发生反应,以74%的产率得到2-萘甲腈产物。在增加硝酸用量到60%和减少TEMPO用量到20%的条件下,糠醇和羟甲基噻吩也能顺利地进行反应。而吡啶甲醇和脂肪醇无法转化为腈类产物。对反应机理进行了初步的研究,结果表明该反应过程为串联反应。在反应过程中,NO_x/TEMPO⁺为真正的催化物种。在这些催化物种的作用下,苯甲醇类化合物中的苄基C-H键与氧气反应,进行氧化脱氢,生成醛。然后醛类产物与醋酸铵中的[NH₄]反应生成亚胺。亚胺在NO_x/TEMPO⁺的催化作用下进行氧化脱氢,得到苯甲腈类目标产物。（2）以硝酸为催化剂,氧气为氧化剂,六氟异丙醇为溶剂,实现了苄基甲基醚类化合物中C-H键的氧化,得到苯甲醛类化合物。2对氮氧化物、温度、时间、反应气氛以及硝酸用量等条件进行了优化,结果表明反应的最佳条件为,20mol%硝酸、六氟异丙醇为溶剂、1atm氧气、30 h反应时间。在最优反应条件下,研究了不同苄基醚类化合物的反应效果。结果表明苯环上连有甲基、叔丁基、氟、氯、溴基团时,反应能够很好地进行,得到的目标产物的产率为66%-90%。而以带甲氧基或氰基取代的苄基醚为底物时,仅得到微量的目标产物。此外,苄基十二烷基醚和苄基环己基醚也能有效地进行反应,得到较高产率的醛类产物。