金属卡宾是一类重要的有机合成中间体,由于其丰富多彩的反应性,在过去的几十年中引起了科学家们广泛的关注。铬卡宾是金属卡宾中重要的一员,它可以稳定的存在并且可以分离得到,其合成和反应性质得到了深入的探索和研究。除了这种相对稳定的铬卡宾之外,过渡金属和一些卡宾前体(例如α-重氮羰基化合物,共轭稀炔酮等)作用也可以产生金属卡宾,通过这种方法产生的金属卡宾往往较为活泼,难以分离得到。但是,它可以作为催化反应的中间体,发生金属卡宾的诸多经典反应。近年来,随着交叉偶联反应在有机合成领域的崛起,金属卡宾过程和交叉偶联反应迅速的结合,使得卡宾化学焕发出新的生机和活力。在该类型的交叉偶联反应中,往往是以卡宾的前体化合物作为底物,在过渡金属催化剂作用下产生高活性的金属卡宾中间体,与反应中的其余组分发生偶联反应。在本论文的研究中,首先,我们以相对稳定的铬卡宾作为卡宾来源,发展了其与对甲苯磺酰腙的偶联反应。该反应是利用铬卡宾亲电的性质,以对甲苯磺酰腙作为亲核试剂,可以得到烯基醚类化合物。通过后续的水解,可以为二芳基乙酮衍生物的合成提供一种途径。其次,我们发展了苯并恶唑类化合物与铬卡宾的偶联反应。在该转化过程中,同样以铬卡宾作为亲电试剂,以苯并恶唑为亲核试剂,通过两者之间的反应,实现了无催化剂条件下苯并恶唑类化合物2位上的碳氢键官能团化。接下来,本论文探索了以活泼的金属卡宾作为催化中间体的相关反应。众所周知,钯卡宾与交叉偶联反应的结合发展的较早且相对成熟。首先,我们发展了钯催化的芳基卤化物、降冰片烯与对甲苯磺酰腙的三组分的偶联反应,该反应为降冰片烯的双官能团化提供一种有效的方法学。其次,我们以对甲苯磺酰腙和a-羰基重氮化合物作为金属卡宾的前体,实现了铑催化下N-苯氧基乙酰胺类化合物碳氢键活化的过程。该反应不仅实现了三价铑催化的对甲苯磺酰腙与碳氢键活化的结合,而且为邻位烯基取代的苯酚类衍生物的合成提供了一种新颖的方法学。除了以对甲苯磺酰腙和重氮化合物作为卡宾前体以外,具有共轭烯炔酮结构的底物也可以在过渡金属催化下产生金属卡宾。基于此,我们发展了铜催化的共轭烯炔酮与端炔的偶联反应。以共轭烯炔酮作为卡宾前体,该反应将转移插入过程由钯催化剂拓展到铜催化剂,同时,该反应可以得到一系列的呋喃取代的联烯类化合物。在该反应研究之后,我们又通过外加烯丙基卤化物为亲电试剂,发展了铜催化的共轭烯炔酮,端炔和烯丙基卤化物的三组分反应,通过该反应的研究,加深了以共轭烯炔酮为卡宾前体,铜卡宾转移插入过程的认识,同时也为呋喃和烯丙基同时取代的联烯类化合物提供了一种有效的补充。