含氮杂环是一类重要的有机小分子,在药物、材料、生命等邻域扮演着不可或缺的角色,因此开发氮杂环的高效合成方法具有重要的理论和应用价值。芳基卤化物是一类常见的基础有机原料,由于芳卤键特有的反应活性,许多关于芳卤的反应,包括取代反应,偶联反应,自由基反应都被逐步建立起来。在本文中,我们设想以简单易得的邻位官能团化的芳基卤化物为原料,以含氮小分子和叠氮化钠为氮源,基于自组织反应的原理,通过集成Ullmann偶联,亲核取代、缩合、环化、氧化、环加成、重排等单元反应,为一些具有重要生理活性氮杂环的合成提供简洁高效的新方法。本论文主要围绕邻卤酰肼、邻溴硝基烯烃、邻卤苯甲腈、邻卤苯甲醛4类邻位官能团化的芳卤以及靛红,设计了 5个新颖串级反应,完成了[1,2,4]三唑并[1,5-b]异喹啉-6(1H)-酮等六种氮杂环的有效合成。具体主要包括以下七章内容:第一章,首先介绍现代有机合成面临的挑战以及自组织反应的原理与意义,其次概述了近年来芳基卤化物参与反应的相关进展,最后,提出了本论文的研究思路。第二章,我们以铜催化的Ullmann偶联为基点,利用简单易得的邻卤酰肼与醛、含活泼亚甲基氰基化物为底物,通过集成缩合、铜催化的分子间的芳基化和两次环化过程,实现了[1,2,4]三唑并[1,5-b]异喹啉-6(1H)-酮类化合物有效合成。第三章,我们以简单易得的邻溴硝基烯烃、芳醛和叠氮化钠为底物,通过集成[3+2]环加成、铜催化的芳香亲核取代反应、还原、环化等过程,实现了[1,2,3]三唑并[1,5-c]喹唑啉类化合物有效合成。值得注意的是,叠氮化钠在构建此类新颖的氮杂稠环中作为双重氮源。第四章,在前一章的基础上,我们利用邻卤苯甲腈,叠氮化钠,芳醛为底物,通过组合铁催化的氰基与叠氮化钠[3+2]环加成,铜催化的芳香亲核取代反应、还原、环化以及铜催化的脱氮过程,直接构筑了一系列具有潜在生理活性的氨基喹唑啉类衍生物。更有意义的是,这种新颖的铁铜接力催化的串级策略为人类腺苷A3受体抑制剂的合成提供了一条简洁的新路径。第五章,我们通过集成分子间adol缩合和分子内的碱促进的均裂芳香取代反应,实现了邻卤苯甲醛和吲哚酮参与的自由基苯环化反应,用于直接构筑萘并吲哚酮骨架。这个反应最大亮点是吲哚酮扮演双重角色,吲哚酮在碱的作用下得到烯醇负离子,大部分作为底物与醛发生adol缩合,另外少量作为电子供体提供电子催化后续的C-H芳基化。第六章,我们以靛红和脒盐为底物,在室温的条件下,发展了一例TBHP/K3PO4协同促进的氧化环化策略用于合成喹唑啉酮类衍生物。在相同的条件下,不加入脒盐,靛红极易发生自聚得到天然产物色胺酮,这也体现了这种策略的优势。第七章,对本篇博士论文的内容进行总结,并对以后的工作做出展望。