芳烃化学在有机化学和化学工业中占据着非常重要的地位,直接由芳烃C-H键进行官能团化赋予芳烃各种各样的结构和化学性质,因此发展芳烃C-H键官能团化有着重大的意义。但是如何以步骤经济、原子经济、条件温和以及环境友好的绿色化学策略实现高效、高选择性的芳烃C-H键官能团化存在着巨大挑战。从这个角度上讲,光催化放氢交叉偶联反应为芳烃C-H键绿色官能团化提供了一种新的思路。光催化放氢交叉偶联反应可以直接由两种C-H键或C-H键与X-H键脱除两个氢原子实现C-C键和C-X键的构筑,反应无需加入牺牲性氧化剂,在室温下进行,反应的唯一副产物为氢气。本论文利用光催化放氢交叉偶联的合成策略研究芳烃C-H键与O-H键和N-H键直接偶联,高效、高选择性地构筑芳烃C-O键和C-N键,同时产生等当量氢气。取得以下创新性结果:一、利用光催化放氢交叉偶联策略实现苯和H2P反应一步合成苯酚,反应的唯一副产物为氢气。无需加入牺牲性氧化剂,反应在常温常压下进行,苯的转化率可达90%,苯酚的产率为90%,反应的选择性为100%。实现了该反应的克级反应,同时实现了其他芳烃的直接羟基化。二、利用光催化放氢交叉偶联策略实现芳烃C-H键与醇O-H键的直接偶联构筑芳烃C-O键,反应的唯一副产物为等当量的H2。反应适用于各种烷基醇,同时各种取代的芳烃也适用于该反应。利用这个策略由苯出发经三步反应实现了局部麻醉药物丁托西卡因的从头合成。除此之外,该策略也适用于苯丙醇类化合物的分子内环化,合成色满及其衍生物。三、利用光催化放氢交叉偶联策略在无导向基团存在下实现芳烃C-H键与碳酰胺N-H键的直接放氢交叉偶联构筑芳烃C-N键。反应在常温常压下进行,实现了苯与各种烷基酰胺和芳基酰胺的直接偶联。该反应适用于各种取代的芳烃。利用该放氢交叉偶联策略,可以实现苯甲酰胺类化合物的区域选择性酰胺化,利用该区域选择酰胺化,从简单易得的苯甲酰胺出发合成了药物和天然产物中的关键骨架2-苯基喹唑啉-4-酮。四、利用光催化放氢交叉偶联策略实现苯与NH3反应一步合成苯胺。使用当量的氨气,以廉价的1-甲基喹啉盐、醋酸钴、丁二酮肟和三氟化硼为催化体系,常温差压下光照反应,苯的转化率可达41%,苯胺的产率为37%,反应的选择性为90%,反应的唯一副产物为等当量的H2。