传统的有机合成依赖于较为活泼的官能团的转化,而这些活泼的官能团在有机分子中并不常见,并且需要较多的步骤进行合成。有机分子中最为常见的是那些反应性不高的惰性化学键包括碳氢键和碳氧键等。惰性化学键的活化和直接转化将避免制备官能团的繁琐的合成步骤,是一类简捷、高效、绿色的化学转化方法,将为有机合成如天然产物、功能分子、材料分子的合成提供新的思路。因此,惰性化学键的活化不论是在学术研究上还是工业生产上都被广泛关注。我们发展了各种过渡金属催化体系,实现了多种类型的基于惰性碳氢键和碳氧键活化的转化反应。　　在第一部分中,我们发展了一系列过渡金属催化的碳氢键官能团化反应,包括以下六个方面:(1)为避免对环境不友好的卤代芳烃的使用,我们使用非官能团化的芳烃代替芳基卤代物进行交叉偶联。我们成功的发展了钯催化的乙酰苯胺类底物邻位碳氢键与芳基苯硼试剂偶联直接构建联芳基化合物。(2)为进一步解决该反应中需要加入当量的金属氧化剂和涉及到官能团化的芳基硼酸作为偶联对象等问题,我们又发展了钯催化的乙酰苯胺类衍生物与普通芳烃的交叉偶联反应。从两个完全非官能团化的芳烃出发,直接构建联芳基化合物。(3)在实现了钯催化的两个芳环sp2碳氢键的交叉偶联基础上,我们又进一步尝试了sp2碳氢键与sp3碳氢键的交叉偶联。使用廉价的铁盐作为催化剂,我们发展了富电子芳环与苄位碳氢键的交叉脱氢芳基化反应。(4)我们还将碳氢键直接官能团化的理念应用到格氏反应中。我们实现了铱催化的吡啶碳氢键对芳香醛的加成反应,将非官能团化的吡啶作为相应格氏试剂的替代物。反应中观察到了不常见的吡啶C-3位选择性。(5)我们发展了铑催化的苯基二酰胺与炔烃的环化反应制备有用的茚酮结构。反应中,芳基碳氢键发生断裂再经炔烃插入后对酰胺或酯发生类似格氏试剂的加成得到酮。(6)我们在研究烯基溴经过钯迁移过程进行的碳氮键形成反应中,意外的得到了烯丙位胺化产物。这一反应经历了钯由烯基向烯丙基的迁移,同时涉及到烯丙位碳氢键的断裂。　　在第二部分中,我们发展了多种过渡金属催化的碳氧键官能团化反应,包括以下三个方面:(1)在我们组之前发展的镍催化的芳基羧酸酯与硼试剂偶联的基础上,我们通过镍催化的惰性碳氧键活化,实现了芳基、烯基羧酸酯与芳基锌试剂的偶联反应。该反应在较低的催化剂用量(5％)和较低的反应温度下(50-70℃)就能顺利进行。(2)在此基础上,我们通过铁催化的惰性碳氧键活化,实现了烯基、芳基羧酸酯与格氏试剂的偶联反应。该反应在更低的催化剂用量(1％)和更低的反应温度下(0-25℃)进行。(3)我们发展了镍催化的芳基、烯基胺基甲酸酯与硼试剂的偶联反应,并实现了非活化的芳基和烯基羧酸酯类底物中碳氧键的切断和转化。这一反应的发展初步解决了芳基、烯基羧酸酯偶联反应中底物局限性的问题,提高了这一新颖的底物类型在偶联反应中的实用性。　　我们对惰性化学键中的两类化学键即碳氢键和碳氧键的反应性进行了研究,并发展了各种过渡金属催化体系,实现了多种类型的基于惰性碳氢键和碳氧键活化的转化反应。这些研究探索了过渡金属与惰性化学键的相互作用机制,丰富了碳氢键和碳氧键催化转化的方法学,并为发展新的催化体系、实现温和条件下惰性化学键的活化提供了新的思路。