杂环化合物是有机化合物的重要组成部分,带有杂环结构的化合物不仅广泛存在于具有抗菌、抗癌等活性的各种天然产物和药物中,而且还是一些重要的染料等有机功能材料的重要结构单元。传统的杂环化合物合成主要通过缩合反应或环加成等途径来实现,而这些反应往往需要使用有毒试剂、高温等苛刻的反应条件,发展环境友好、高效的合成方法来构建杂环化合物及其衍生物一直是有机化学研究中所关注的重要方向。光化学反应使用光源诱导反应底物跃迁到激发态后可发生高效的反应,一般具有很高的原子经济性,是实现绿色合成的重要化学方法;多数过渡金属催化反应也因其温和的反应条件和高转化效率被认为是发展环境友好的绿色合成方法的有效途径。本论文围绕运用光诱导下的高效转化反应和金属镍催化下的脱羧偶联反应发展杂环化合物构建和衍生化的新绿色合成方法展开,主要内容分为以下四个部分:1.基于光环化-光氧化顺序反应构建含联芳基中环双内酯的绿色合成方法研究。在本章工作中我们合成了一系列带有不同取代基的9,10-菲醌衍生物和结构类似物,对于由[4+2]光环化-光氧化途径高原子经济性构建相应的含联芳基中环双内酯的合成方法进行了系统的研究。针对反应所适用的烯烃底物范围、菲醌环上取代基电性效应及立体效应对于反应活性的影响及不同底物所诱导的光氧化步骤中非对映立体选择性等问题,我们进行了深入的研究,为应用这种绿色途径构建含联芳基中环双内酯及进一步实现轴手性联芳基化合物的合成提供了重要的信息。2.基于光反应构建轴手性联芳基化合物的合成方法的研究。在上一章工作的研究基础之上,本章工作中我们就带有手性辅基的糖烯与菲醌的光环化-光氧化反应中非对映立体选择性问题作了深入研究,考察了光氧化反应底物中糖环手性碳原子构型、取代基位置、保护基种类和芳环种类对反应的非对映立体选择性的影响,并成功的合成了高非对映立体选择性的手性含联芳基中环双内酯产物和菲环并中环双内酯产物,同时推测了控制光氧化反应非对映立体选择性的可能因素。在进一步研究中,我们发现使用具有七元醚桥键的手性光氧化底物通过光氧化反应和酯交换反应可以有效地制备相应的高学活性的轴手性联芳基二甲酯化合物。通过对光氧化反应可能机理的理论计算,确认了光氧化反应的非对映立体选择性是由底物中糖环的C1和C2取代基相对位置所决定的。3.基于金属镍催化的脱羧偶联反应实现的噁唑酰化方法。在本章工作中,我们发现了第一例镍催化下α-酮酸的脱羧酰化反应,从而发展了基于金属镍催化下脱羧偶联反应实现噁唑酰化的新方法。我们对镍催化下噁唑衍生物与α-酮酸的脱羧偶联反应的反应条件进行了优化,对于该反应的底物适用范围进行了系统的研究,发现反应对底物分子中卤素、酯基等官能团具有很好的兼容性。我们还提出了镍催化的脱羧偶联反应的可能机理,从而为发展快速、高效合成带有多种取代基的噁唑酰基化产物提供了一条绿色途径。4.基于镍催化脱羧偶联反应实现的噁唑芳基化反应。在本章工作中,我们通过研究金属镍催化下芳基取代羧酸与噁唑类底物间的脱羧偶联反应,发展了一种噁唑类杂环化合物在噁唑环2位高效引入芳基取代基的绿色方法。基于对该类新的脱羧偶联反应条件和底物适用范围的研究,我们发现该芳基化反应对底物上带有的卤素、硝基和酯基等官能团具有很好的相容性,从而为发展芳基取代的噁唑衍生物的绿色合成方法提供了新的思路。