异腈化合物作为一类高活性的有机小分子,被广泛地运用在现当代有机合成化学中。它可以参与包括多组分反应、自由基反应、插入反应在内的多种类型的反应。其中,过渡金属作用下异腈参与的环化反应近些年受到了大家的广泛关注。过渡金属种类丰富且每种金属都具有多种化合价,这使得它在异腈的环化反应中存在很多变化,大大提高了这类反应的多样性。尤其是在插入反应和自由基反应方面,过渡金属表现出优异的性能。一方面多种过渡金属可以与强配位能力的异氰基进行配位实现插入反应,另一方面过渡金属可以促进多种自由基前体产生自由基与异腈发生环化反应。过去的几十年里,有机化学家利用过渡金属作用下异腈参与的环化反应构建了种类丰富的系列含氮杂环化合物,其中包括:五元含氮杂环(吡咯、咪唑、惡唑、三氮唑、吲哚),六元含氮杂环(吡啶、喹啉、异喹啉、喹唑啉、菲啶),七元含氮杂环以及其他类型的含氮环状化合物。在有机化合物中(天然产物和药物分子等)这些含氮杂环化合物作为它们的骨架广泛存在。因此,在过渡金属作用下异腈参与的成环反应成为近年来有机合成领域的研究热点之一。本论文通过运用多种异腈在过渡金属作用下参与环化反应,成功地合成了结构复杂多样的含氮杂环化合物。具体研究内容分为以下三个部分:第一部分中,我们研究了钯催化的二氧化碳和2-碘芳胺与异腈的环化反应,以优良的收率合成了一系列喹唑啉二酮类衍生物。该反应可以在十分温和的条件下实现常压二氧化碳气体的高效利用,同时可以把两种活性不同的C1合成子运用在同一反应中,符合绿色化学的发展方向。第二部分中,我们实现了铜催化下活性亚甲基异腈与芳基异腈以及硫代磺酸酯的环合反应,高效地合成了含硫的三取代咪唑类化合物。反应中,铜盐除了催化芳基异腈与活性亚甲基异腈的交叉环化反应以外,还起到活化硫代磺酸酯的作用并巧妙地构建C-S键,避免了使用有特殊气味的含硫试剂。该策略在丰富两分子不同异腈交叉环化反应研究的同时为含硫醚结构的多取代咪唑类化合物的合成提供了简洁且高效的方法。第三部分中,我们利用二水合醋酸锰促进下苯硼酸产生的苯基自由基与两种多取代功能性芳基异腈反应可以快速构建一系列吡咯并菲啶类化合物和吡咯并异喹啉类化合物。这些反应为合成复杂稠杂环化合物提供了很好的方法。反应中使用的两种多取代功能性芳基异腈:3-苯基-2-氰基苯基异腈和3-炔基-2-氰基苯基异腈为我们首次设计并合成。这些新的功能性异腈很好地补充和完善了功能性芳基异腈的种类。