酰胺键不仅是蛋白质、多肽以及部分合成高分子的骨架结构,还普遍存在于药物、农药和材料中。此外,酰胺还是合成其他化合物(例如胺,异腈,杂环)的重要中间体。目前,很多构建酰胺键的方法已经被报道,但是这些酰胺键的合成大多需要过量的活化试剂;而且在合成酰胺的反应中通常需要加入过量的碱中和反应生成的酸。这类需要加入外源性试剂合成酰胺的方法不仅需要较高的原料成本,而且该反应还生成了大量的废物,这些废物需要高昂的成本来处理,否则便会对环境造成极大的危害。由于酰胺键的重要性,开发新的酰胺键的合成方法依然是有机合成中非常重要的任务之一。目前,随着人类面临着环境破坏日益严重和资源短缺的问题,酰胺键的构建的主要挑战是开发高效和绿色环保的合成方法,如:原子经济经济性高,反应条件温和,操作流程简单等。为了开发酰胺键的高效和绿色合成方法,除了优化传统的酰胺键合成方法外,通过高活性的中间体合成酰胺的方法受到了越来越多的关注。目前化学家们已经开发一系列自由基作为活性中间体合成各种化学键的方法。然而,酰胺键作为一种重要的化学结构,利用自由基作为中间体合成酰胺的方法却鲜有报道。酰胺键的高效和绿色构建还有很多的挑战,例如:底物范围有限;偶联反应合成酰胺需要较高的温度来克服反应的动力学能垒;反应通常需要无水的条件;很多高活性的中间体选择性较差从而导致反应的产率较低。由于自由基种类多,利用自由基作为合成酰胺键的中间体能够合成更多种类的酰胺。通过自由基中间体来构建酰胺键,高活性的自由基中间体使得酰胺键的合成能够在室温条件下进行。自由基中间体可以利用电氧化还原或光氧化还原这类绿色的方法来原位生成,因此能够有效地避免酰胺合成反应需要高温才能驱动的问题。自由基反应受溶剂影响较小,利用自由基中间体构建酰胺键避免水影响反应的效率。电氧化还原或光氧化还原产生的自由基浓度较低,当反应体系里的自由基浓度较低时,自由基具有良好的选择性,从而能够以较高的产率合成酰胺。同时,得益于电化学合成和可见光氧化还原催化的绿色化学本质,这类通过电化学或者光化学来构建酰胺键的手段具有可持续性。本论文主要报道了自由基类中间体合成酰胺键的方法学研究。在论文的第二章,一种从硫代羧酸及其硫代羧酸盐与胺在无催化剂条件下合成酰胺的方法被开发出来。硫代羧酸作为合成酰胺的酰基源,能够有效地避免带有手性碳原子的羧酸在反应过程中发生差向异构化,而且反应条件相对温和,因此,受到了越来越多的关注。在这个合成酰胺的方案中,芳香类硫代羧酸能够被空气氧化为自由基,进而偶联成芳香酰基二硫化物,随后芳香酰基二硫化物与胺发生反应生成酰胺;然而,脂肪类硫代羧酸在空气中与胺合成酰胺时,产率相对较低。向脂肪类硫代羧酸的反应中通入恒电流以后,酰胺的收率明显提升。通过机理探究实验表明硫代羧酸先被单电子氧化为酰基硫自由基,两分子的酰基硫自由基经过自由基偶联形成酰基二硫化物。向反应中加入二硫键还原试剂后,没有检测到产物,该结果证明二硫化物是该酰胺合成过程中的关键中间体。由于芳香环能够稳定酰基硫自由基,因此芳香酰基硫自由基比脂肪酰基硫自由基更容易形成,活性较低的脂肪类硫代羧酸需要通过电化学氧化然后与胺反应才能获得高产率的酰胺。该方法在无需使用任何催化剂和活化剂的情况下得到了产率很高的酰胺,该方法的底物范围广,对含有供电子基团和吸电子基团的芳香胺都能得到较高的产率。利用该方法合成具有药物活性的分子证明了该酰胺合成方法的实用价值。在论文的第三章,一种电化学的Beckmann重排反应,即直接电解酮肟转化为酰胺被首次报道。Beckmann重排不仅是合成酰胺键的重要方法之一,还是一种向碳骨架结构中引入氮原子的手段。传统的Beckmann重排反应需要过量的强酸和较高的温度。这些苛刻的条件需要昂贵的反应设备来避免酸的腐蚀性,过量的酸的应用不符合绿色化学的标准,而且对于酸性敏感的官能团也是不兼容的。该电化学的Beckmann重排反应的驱动力为恒电流,该反应不仅能够在中性环境中进行,而且可以直接在室温下得到较高的产率。通过反应条件的优化后,我们发现,强氢键性质的溶剂对于该重排反应是必不可少的。在标准反应条件下,我们利用该电化学Beckmann重排的方法合成了多种酰胺,该反应对供电子的芳香酮肟都有良好的产率,并且对于含有顺反异构的酮肟能够选择性发生重排反应。我们利用该方法克级规模的合成了常用的退烧药对乙酰氨基酚,证明了该电化学的Beckmann反应具有潜在的实用价值。通过对该电化学Beckmann重排机理的探究,我们提出了一个全新的有自由基参与的Beckmann重排反应机理,其不遵循传统受路易斯酸活化的Beckmann重排的反式迁移规则。在前一章的电化学Beckmann重排反应中需要精确控制通入电荷总量来保证底物反应充分又不使产物发生氧化。为了解决这个问题,我们尝试了光化学的Beckmann重排反应合成酰胺。由于大部分的肟并不能吸收可见光,所以肟需要紫外光的照射才能发生Beckmann重排生成酰胺键。然而紫外光的设备价格昂贵,而且紫外线具有致癌性。利用光催化剂在可见光的条件下进行化学反应能够有效地克服上述问题。在论文的第四章,首例可见光引发的光化学Beckmann重排反应被报道。基于之前电化学Beckmann重排所提出的自由基机理的基础上,在温和的反应条件下,利用价格便宜的10-甲基-9-苯基吖啶高氯酸盐作为有机光催化剂,9 W蓝光灯作为可见光光源,催化酮肟经历的自由基的Beckmann重排高效转化为酰胺。在反应条件的筛选过程中,我们发现具有强氢键作用的氟醇类溶剂对重排反应是至关重要的。可见光引发的Beckmann重排反应不仅有很好的产率,而且不需要额外的添加剂。克级规模的放大反应证明了该酰胺合成反应的工业价值。该可见光诱导的Beckmann重排反应避免了电化学中容易过度氧化的问题,同时还进一步证明自由基Beckmann重排反应的机理。在论文第五章以孟加拉玫瑰红作为光敏剂,在可见光诱导下的二级酰胺的转酰胺化反应被报道。自然界中本身就含有大量的二级酰胺,这些二级酰胺可以作为合成目标酰胺的酰基源,该过程需要经过转酰胺化反应。二级酰胺的转酰胺化反应目前面临着两大挑战:底物中酰胺键的活化需要很高的动力学能垒;该反应是热中性的过程,即反应的转化率取决于底物酰胺和产物酰胺之间的能量差。我们在此报道孟加拉玫瑰红在可见光的驱动下催化芳基甘氨酸酯和烯酰胺的光氧化偶联产生N-酰基亚胺,N-酰基亚胺经历分子内转酰胺化和亚胺水解,在无金属且温和条件下合成了具有生物活性的酰基Mannich碱衍生物。该反应的策略是将二级酰胺转化为N-酰基亚胺从而改变了酰胺键的稳定性,促进转酰胺化反应的进行,该策略有效的克服活化酰胺需要很高的动力学能垒。另外一个策略是将发生转移后的亚胺水解,促使转酰胺化反应向着生成产物的方向移动来解决转酰胺化反应为热中性的问题。该可见光诱导的转酰胺化反应的底物范围较广,不管对含有吸电子基团或者供电子基团的酰胺都具有较好的产率。该转酰胺化反应克级规模的放大证明了其在合成酰基Mannich碱衍生物中具有应用价值。通过一系列的机理探究实验,详细的证明了该反应的过程。