近年来,过渡金属催化的直接的sp3C-H键活化和脱羧偶联反应已经成为了一种形成C-C键和C-N键的重要方法。和传统方法相比,它不需要以往底物的预先活化过程,大大缩短了合成步骤；而且反应只失去氢原子或者二氧化碳,所以具有很高的原子经济性。然而反应需要有毒、昂贵的贵金属,大大限制了其工业应用。因此,低花费、低毒而且条件温和的方法是十分渴求的。而非金属催化就很有可能替代过渡金属去实现C-H键活化和脱羧偶联反应。本论文主要关于非金属催化的氧化碳氢键官能化和脱羧偶联反应,研究工作共分四部分。第1部分：无催化剂的2-甲基杂烯对亚胺的加成反应我们成功地实现了无催化剂条件下的甲基杂环烯烃对亚胺的加成消除反应。通过这个方法,高效地合成了有用的反式喹啉烯烃化合物。和以前的工作相比,反应中避免了任何金属的使用。而且可以实现一锅法的反应,避免了亚胺底物的预合成过程。第2部分：非金属催化的分子氧化脱羧氨基化合成喹唑啉我们发展了首例非金属催化的分子内的α-氨基酸的氧化脱羧氨基化反应,成功地以高产率合成了一系列4-取代的喹唑啉。和传统的氧化脱羧反应相比,反应具有如下的优点：不需要任何昂贵的过渡金属和复杂的配体；反应可以容忍水和空气；副产物仅仅是水,叔丁醇和二氧化碳,毒性小环境友好。第3部分：碘催化的选择性sp3碳氢氨基化合成喹唑啉我们已经成功地实现了碘催化的分子间与氮原子或者氧原子相邻的C-H键氨基化反应。反应以邻氨基苯酮,N-甲基酰胺,醚或者醇类以及氨水作为原料成功的合成了有用的医用中间体喹唑啉。和以前的工作相比,反应中避免任何金属的使用、操作简单、不需要惰性气体保护、底物范围广、而且只有水和醇作为副产物生成。通过同位素标记实验我们也证明了喹唑啉结构中的额外碳原子来自于与氮原子或者氧原子直接相连的甲基,而氮原子则来自于氨水。值得注意的是,这是目前第一例利用有机溶剂和无机氮源合成杂环化合物的报道。通过动力学同位素实验,我们也证明了C-H键的断裂是整个反应的决速步骤。最后,我们也首次发现了在C-H氨基化反应种不同碳氢键(一级大于二级)具有选择性。第4部分：非金属催化的串联双sp3碳氢氨基化合成咪唑并吡啶我们已经成功地实现了非金属催化的串联的两步的sp3C-H键氨基化反应。反应一步失去了6个氢原子的同时构建了2个碳氮键,以2-吡啶乙酸乙酯和苄胺作为原料成功的合成了咪唑并吡啶。和以前的工作相比,这个新的方法具有如下特点：不需要任何过渡金属；操作简单条件温和,室温下进行；不需要惰性气体保护以及溶剂不需要除水；底物范围广；仅仅水和叔丁醇作为副产物。