过渡金属催化的C-H键活化反应已经发展成为一种高效且原子经济性的手段被应用于有机以及药物化学合成。近年来,ⅧB族过渡金属(例如:铑、钌、钴等)的催化性能受到了广泛的关注。基于铑、钌、钴催化剂独特的催化活性,本文对铑、钌、钴催化剂在C-H键官能化反应方面的应用,开展了一系列新颖的工作。本论文的主要内容包括:1.综述铑、钌、钴等催化体系近期的研究现状。简单介绍了铑、钌、钴等催化剂体系近期的发展和研究的热点。按照芳香基化,烯丙基化,烯烃化,炔烃环化,胺化,氰基化等分类,对过渡金属催化C-H活化经行了简要的分类。2.Rh(Ⅲ)催化的C-H键活化原位环化与非原位环化反应。本章节应用N-氨基导向定位的C-H活化,实现了 Rh(Ⅲ)催化体系的C-H键活化的原位环化与非原位环化反应。杂环化合物作为天然产物及药物的骨架,我们应用原位环化直接合成了各种吲哚衍生物,通过非原位环化C-H活化产物转化为多种天然产物骨架。同时我们对C-H活化步骤做了细致的,综合的机理研究,单晶衍射准确确定了氨基导向的五环活性中间体配合物结构,通过氘交换实验,动力学同位素效应实验,竞争反应,以及N15同位素捕捉内氧化导向基团断裂副产物提出了可能的机理循环途径:C-H键活化是反应的速率决定步骤;具有反应活性的含铑五元环的配合物是催化循环中一个关键的活性中间体。3.Ru(Ⅱ)催化的C-H活化官能化反应本章节实现了,目前为止难于实现的钌(Ⅱ)催化N-N类型的无痕C-H官能化策略。N-氨基(苯肼)基团用于与炔烃或烯烃定位的C-H官能化,得到吲哚衍生物或烯基化产物。合成方法拥有广泛的底物适用范围,非常好的的原子以及步骤经济性,反应条件温和。4.Co(Ⅲ)催化的内氧化C-H活化环化反应目前为止端炔不适合应用于C-H活化,而本章研究了应用端炔和非端炔同时兼容且无痕的合成吲哚方法。N-氨基(苯肼)基团为钴(Ⅲ)催化的C-H官能/环化与非端炔和端炔烃赋予了不同的,多样化的反应类型,其多种转化显示了独特的取代模式和成环类型。反应体系可以完成的显著的合成特性包括:间位取代的芳基肼的区域选择性,支链化的端炔区域选择性,通过C2脱硅烷基实现吲哚衍生物乙炔基单元的形式上的引入,通过C3-衍生和C2-脱硅烷基处理实现区域选择性的形式上的反转,同时更重要的是对于线性链末端炔化学键发生迁移。5.Rh(Ⅲ)催化合成萘衍生物本章使用烯胺酮作为有效合成子用于导向C-H官能化。概念性的策略被用于Rh(Ⅲ)催化的萘的合成,基于与多种类型的炔烃或α-重氮基-β-酮酯与烯胺酮的偶联。产物具有两个反应性官能团(羟基和醛)可以被应用于合成新的环状骨架,同时它们具有广泛的兼容性,可以用于进一步合成得到目标产物。6.钴(Ⅱ)催化氧化C-H活化环化本章节研究了钴催化的,无痕的,双齿配位的C-H活化原位环化合成异喹啉。钴(Ⅱ)催化的2-吡啶肼导向定位的C-H活化环化,在温和条件下形成异喹啉(原位环化)。该导向基团为齿配位C-H活化领域具有一定的催动意义,其显着的进步包括,使用了的新型的导向基团,且导向基团为无痕化的,使用空气中的氧气作为氧化剂。竞争实验和动力学同位素实验相结合,显示了限速的C-H活化为反应速率决速步骤,C-H活化环化为N-N键断裂的驱动力。