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N-芳基化合物和腈类化合物广泛存在于医药、农药、天然产物中,也是诸多化工材料的重要组成部分,有些更是生命活动不可缺少的物质。因此,这类化合物的合成工作一直是有机合成研究的热门领域之一。其中,过渡金属(主要为钯和铜)/配体是常用的高效构建C-N和C-CN键的催化体系。但该体系存在两个方面的不足:其一为催化体系为均相,反应后,催化剂或配体很难与反应液分离,无法实现催化体系的循环使用;其二为产物分离时,金属很难去除,给产物带来金属残留污染。金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是近二十年来无机化学领域的重大突破。它是利用含氧、氮等多齿有机配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构的一种类沸石材料,具有高比表面积,高孔隙率以及由于强配位键的存在增强了其化学稳定性和热稳定性等特点。目前MOFs的应用已经涉及到多种领域:如气体储存、吸附和分离,光、电、磁方面的应用,药物的储存和缓释方面的应用,在非均相催化方面也有广泛的应用。但将Cu-MOFs用于催化构建C-N和C-CN键的报道还非常有限,其结构多样性较差,研究的广度和深度都不够。基于以上,本文致力于开发新型高效的“Cu-MOF”催化剂,进一步发展完善铜催化的C-N和C-CN键的构建反应,具体工作包括以下几个部分:第一部分,研究了MOF-199催化的含氮杂环与卤代芳烃的交叉偶联反应,以对碘甲苯和吡咯的偶联作为模型反应,优化了各反应因素。在最优反应条件[MOF-199(10 mmol%),NaOH(1.0 mmol),DMSO(1.0 mL),120?C,12 h]下,模型反应的产率达到98%。催化体系的底物适用性研究结果表明各种不同取代的碘代芳烃与四种含氮杂环(吡咯、吲哚、三氮唑和咪唑)的偶联反应都可以顺利进行,合成了26种目标产物,产率在50-98%之间,单次反应后催化剂中铜的溢出量小于0.18%,并且催化剂循环五次依然可以保持良好的催化效果。第二部分,探究了Cu-MOF选择性催化卤代芳烃和醇胺的C-N或C-O偶联反应,旨在通过改变反应条件实现同一底物的C-N或C-O的选择性偶联,基于此,我们选取了对碘甲苯和乙醇胺作为模型反应。首先对C-N偶联反应进行了条件优化,在最优反应条件[MOF-253.0.5CuI(10 mol%),Cs2CO3(1.0 mmol),DMF(1 mL),120oC,24 h]下,反应产率可以达到92%。催化体系可以拓展应用到多种不同的碘代芳烃和醇胺的偶联反应,合成了16种目标产物,产率在55-93%之间。遗憾的是在变换不同的催化剂及相应的反应条件时,始终没有得到C-O偶联产物。第三部分,首先合成了四种Cu-MOF材料(有机配体分别为咪唑、2-羟基嘧啶、均苯三甲酸和对苯二甲酸)作为非均相铜催化剂,建立了MOF-199催化体系,实现了以三水合亚铁氰化钾作为氰源的芳香碘代物的氰基化反应。在最优反应条件[MOF-199(10 mmol%),Na2CO3(2 equiv.),DMSO(1.0 mL),140?C,24 h]下,模型反应对甲氧基碘苯和三水合亚铁氰化钾的氰基化反应产率达到98%。在最优的反应条件下,合成了10种不同取代基的芳香腈类化合物,产率在72-98%之间,催化剂的循环使用表明,循环使用5次后,仍能保持较好的催化活性,获得90%以上的产率。综上,本文建立了三种Cu-MOFs催化体系,实现了含氮杂环的N-芳基化反应,醇胺的选择性N-芳基化反应,以及芳香碘化物与亚铁氰化钾的氰基化反应。三种催化体系催化效率高,底物适应性广且催化剂均能循环使用,发展和完善了C-N和C-CN键的非均相催化构建方法。