过渡金属催化的交叉偶联反应近年来得到了极大的发展,与传统的经典有机合成方法学相比,过渡金属催化的交叉偶联反应极大地改变了有机合成方法学的面貌,成为了构筑碳-碳,碳-杂键的有效方法并且为一些新的、非常规的化学键的构建提供了实现的可能性。与此同时,sp3碳中心的交叉偶联反应是有机化学研究的前沿内容,是构建复杂非平面分子的重要手段。而在sp3碳合成子中,自由基由于其反应活性高、受位阻影响较小、反应条件简单温和等优点使其在sp3碳中心的构建中具有显著的优势。目前,以Gregory C. Fu为代表的一批科学家实现了一系列过渡金属催化的sp3碳中心的交叉偶联反应,但该领域中仍然有许多哌待解决的问题与机遇。特别地,铜、钯等过渡金属在交叉偶联反应中已经表现出优异的性质,将自由基反应与之结合必定导致一些全新的有机合成方法的出现。本文首先简要介绍了课题研究的背景：过渡金属催化烷基羧酸脱羧自由基偶联反应、过渡金属催化烷基亲电试剂的自由基偶联反应。通过对过渡金属催化烷基羧酸脱羧自由基偶联反应的介绍我们发现该领域目前发展并不完善。主要代表性的是以银催化和光催化为主导的脱羧偶联方式。仅有有限的几个过渡金属催化剂能够实现烷基羧酸的脱羧,并且脱羧以后生成的烷基自由基在后续的偶联过程中与金属催化剂的作用几乎微不足道以至于反应的选择性几乎不受金属催化剂的控制。针对这个问题我们在第二章中介绍了我们发展的铜催化的非活化烷基羧酸的分子内脱羧碳-氮偶联反应。该反应以铜作为促进脱羧反应的催化剂,同时在脱羧以后通过使用具有强络合作用的导向基团对铜进行络合,然后这个被导向基络合的铜去捕获脱羧以后生成的烷基自由基,再进过一步还原消除实现碳-氮偶联过程。导向基的运用使得反应在具有多个自由基受体的情况下具有非常优秀的位点选择性,并且该反应在天然产物中所包含的多种常见化学结构的转化衍生提供了非常好的思路。通过对过渡金属催化烷基亲电试剂的自由基偶联反应的介绍我们发现该领域中同样存在一些机遇和挑战。过渡金属催化的烷基亲电试剂的自由基偶联反应尤其以镍、钴、铁催化做得比较多,其他金属催化剂报道的反应非常少。尤其是钯催化的烷基亲电试剂的自由基偶联反应只有寥寥几例。这就提醒了我们钯催化剂是否仍有一些新的性质等待着我们去发掘。同时,有限的偶联反应的类型也激发了我们去尝试将烷基亲电试剂与其他类型的底物进行反应的兴趣。于是在第三章中我们介绍了我们发展的钯催化的吡啶氮-氧化物邻位碳-氢键与非活化二级烷基溴的偶联反应。经机理研究表明钯对二级烷基溴的活化是一个自由基过程。