含氮杂环是许多医药中间体和生物活性分子的主要结构单元。五元、六元含氮杂环以及苯并五元、六元含氮杂环,例如吲哚、喹啉和异喹啉,广泛地存在于天然产物、生物活性分子和药物分子中。调配含氮杂环的性质与之特定功能相匹配需要建立合适的合成方法选择性地构建含氮杂环骨架或者将合适的取代基引入杂环骨架的特定位置上。因此设计和建立高效、高选择性的含氮杂环合成方法学是催化合成化学、药物化学和有机材料化学等领域的重要研究内容之一。炔烃和腈是一类常见的含有碳碳三键和碳氮三键的不饱和化合物,炔烃和腈可以与过渡金属发生配位,形成的碳-金属键还可以进行加成和官能化反应,从而可以构建新的碳-碳键和碳-杂原子键。基于它们的反应特性,其参与的官能化反应具有原子经济性、步骤经济性等特点,为构建杂环骨架的多样性提供了强大而有力的工具。本博士论文基于炔烃和腈为合成子,分别设计了炔烃或芳基腈以及二者共同参与的环化反应,建立了含氮杂环化合物的新方法,并初步研究其反应机理。本论文工作首先设计了铑(III)/铜(II)催化内部炔烃与1-芳基四唑的串联反应,包括无导向基团辅助的1-芳基四唑的双碳-氢键活化及其与内部炔烃的环化反应,四唑脱氮反应,建立了2-氨基喹啉的合成方法。论文还设计了铜(II)催化N-(2-氰基苯基)吲哚与二芳基高碘盐的环化反应,建立了合成吲哚并吲哚类衍生物的新颖方法,构建了形成四环吲哚骨架的方法。本论文还基于芳基腈和内部炔烃为原料,通过氰基和羟胺原位生成的活性中间体在铑(III)的配合物催化剂存在下催化活化碳-氢键及其与炔烃的环化反应,实现了一锅法合成1-氨基异喹啉和杂环并吡啶的方法。该反应体系具有原子经济性高、操作简单、反应选择性高等特点。此外,反应体系可以应用于传统方法难以合成的含氟和含杂环类的1-氨基异喹啉类化合物。