杂双环结构是一类重要的有机分子骨架，并广泛应用于农业化学和药物学领域中。然而，它们的构建往往需要多步反应，并且收率较低。另外，由于杂双环结构具有一定的环张力，在衍生化反应中容易发生开环反应，因此，合成杂双环结构保持的有机化合物具有很大的挑战。氧/氮杂苯并降冰片烯是一类重要的杂双环骨架。近年来，它已经被广泛用于构建新的碳-碳和碳-杂原子键，但是，这类反应通常需要底物预先官能化，并且得到的常常是开环产物，这些缺点都限制了在有机合成中的应用。　　本论文采用过渡金属催化的C-H键活化的策略，使用三价铑络合物为催化剂，实现了喹啉N-氧化物对氧/氮杂苯并降冰片烯底物的氢芳基化反应，首次得到了喹啉N-氧化物取代的，并且杂双环骨架保持的产物。该催化反应不仅具有优异的区域选择性和高反应收率，还可以进行克级规模的合成。另外，我们还成功地将喹啉N-氧化物取代的杂双环产物转化为一系列具有不同取代基的杂双环骨架保持的衍生物。特别是通过简单地脱除保护基和N-氧化物中的氧原子，实现了喹啉型地棘蛙素（强效镇痛剂，相对于吗啡镇痛效果提高了200倍）类似物的合成。