本论文分为两大部分,第一部分是芳香杂环C-H直接芳基化反应研究。第二部分是N-烷基苯胺N-H键的直接氧化脱氢自偶联反应研究。近几十年来,过渡金属催化的C-H键活化的官能团化研究始终是有机合成化学领域的研究热点。经由C-H键的活化直接形成C-C或C-X(X=O,S,N等杂原子)键大大简化了合成路线,减少了合成步骤,原材料的使用以及废物的排放等等,极大地提高了有机合成的效率,使有机合成发展到了一个新的高度。在芳烃C-H键的直接芳基化反应中,各种形式的钯及铑等贵金属催化剂占据主导地位。铜最初只是在钯催化的芳烃C-H直接芳基化反应体系中作为添加剂,随着这一研究领域的快速发展,虽然铜已被开发成芳烃C-H键的直接芳基化反应的催化剂,然而,至今在这方面的文献报道仍然非常有限；而且,在众多的铜盐中,仅有CuI能够作为该类反应的添加剂或催化剂,其它形式的铜并没有文献报道。因此,在芳烃C-H直接芳基化的催化剂方面的研究仍有广阔的空间,比如钯铜共催化体系就是其中之一。在前人研究的基础上,我们成功开发了以下三个共催化体系：(1)CuX/Pd(OAc)2共催化体系,该催化体系无需任何配体和任何添加剂,在比较温和的反应条件下,对杂环C-H与芳基碘的直接芳基化反应具有非常好的催化活性,而且具有较宽的芳基碘底物范围。苯并恶唑,苯并噻唑,N-甲基苯并咪唑,在此催化体系中均能很好与各种性质的芳基碘顺利发生直接芳基化反应,得到较高的产率。(2)Cu(Ⅱ)/Pd(OAc)2/PPh3共催化体系,在简单且便宜易得的配体PPh3的存在下,二价铜化合物如,CuCl2.H2O和Cu(OAc)2.H2O可以与Pd(OAc)2组合成共催化剂,在中等强度的碱K2CO3,非极性甲苯溶剂中可以顺利催化杂环C-H键与芳基溴的直接芳基化。特别需要指出的是,缺少该催化体系中的任何一个,没有催化活性。(3)非均相催化体系Pd/C与Cu粉,无需任何配体和添加剂的存在下,能顺利催化杂环C-H键与芳基碘的直接芳基化反应。具有较广的底物范围。三个钯铜共催化体系具有以下几个优点：(1)具有很高的催化活性,而且钯催化用量(1 mmo1%)远低于在一般的钯催化的直接芳基化反应中需要催化计量(通常是5-10 mo1%)。(2)CuX/Pd(OAc)2和Pd/C与Cu粉这两个催化体系不需要任何添加物和配体,在Cu(Ⅱ)/Pd(OAc)2/PPh3中虽然需要加入PPh3配体,但该配体简单,便宜且易得。(2)反应条件温和,只需中等强度的碱K2CO3,不太高的反应温度(≤1400C),反应时间较短。而且具有较广的底物范围,Pd/C与Cu粉非均相催化体系中的Pd可以回收利用。过渡金属催化的的偶联反应是有机合成中形成C-C单键的一类核心反应,近几十年来的研究极大地提高了现代有机合成中C-C键形成的效率,并且大大扩展了它们的应用范围。过渡金属催化的直接脱氢偶联是更高级别的偶联反应,通过氧化脱氢自偶联,可以形成各种对称的C-C键结构。S-H和Sn-H的氧化自偶联分别生成S-S键和Sn-Sn键已有很多文献报道,然而N-H键的氧化脱氢生成N-N键的文献报道很少。肼是含有N-N单键的一类重要化合物,肼类化合物广泛应用于工农业生产,一些具有生物活性的多肽分子结构中也含有肼结构单元。通常这类化合物的合成,是以含有N-N或N=N键的化合物为原料,经多步反应合成,需要保护和脱保护,超低温以及使用超强碱等苛刻条件,而我们首次采用便宜且易得的CuBr作为催化剂,CuO为共催化剂,TMEDA作配体,直接用空气作为绿色的氧化剂,实现了分子间N-H的氧化脱氢而形成N-N键,从而直接一步合成了对称的四取代的肼类化合物。对于对甲氧基或乙氧N-烷基苯胺,则一步直接合成得到了高产率的半联胺。据我们所知,这些半联胺通常是由相应的肼重排而来,而且产率很低,半联胺的一步合成未见文献报道。