芳烃是石油、天然气的重要组成部分，是化工工业的重要原料。如果能从廉价易得的芳烃不经官能化反应，直接羰基化合成相应的醛、酮、酸、酯类化合物，无疑具有显著的优越性。本论文对芳烃，如苯的直接羰基化及甲苯的选择性羰基化反应进行了研究，催化体系主要有两类。以醋酸钴为主催化剂的催化体系：如Co（OAc）₂／CCl₃COOH／O₂／pyridine；另一类是超强酸离子液体即作溶剂又作催化剂的催化体系。本文对苯直接羰基化生成苯甲醛的反应进行了探索性研究，发现在Co（OAc）₂／CCl₃COOH／O₂／含氮或膦配体催化体系中，苯可以在温和的条件下，如CO的压力1.5 MPa，氧气压力0.4 MPa，以较高的得率（37.3％）及选择性（80％）转化为苯甲醛。在该催化体系的特色是：使用廉价的醋酸钴代替醋酸钯，三氯乙酸代替强腐蚀性的三氟乙酸，氧气代替过硫酸钾强氧化剂，且在Co（OAc）₂／CCl₃COOH／O₂／体系中加入含氮或膦配体，如：吡啶、2，2’-联吡啶、三苯基膦等，使反应选择性地制得苯甲醛，副产物为苯甲酸、苯酚及氯苯。考察了各种不同因素，如反应温度、时间，一氧化碳与氧气的压力等，对反应活性的影响，并对相关的反应机理进行了探讨。本文合成了一系列的离子液体，有机阳离子主要基于卤化1—甲基—3—烷基咪唑和1—烷基吡啶的季胺盐，阴离子为卤素离子、BF₄^-、PF₆^-等，以及它们与无水三氯化铝形成的的氯铝酸室温离子液体，并用乙腈作为探针分子对其酸性进行了表征，发现基于1—甲基—3—丁基咪唑季胺阳离子（1-n-butyl-3-methlimidaolium）的离子液体Lewis酸性强度顺序为：[bmim]Cl／ZnCl₂＜[bmim]Cl／FeCl₃＜[bmim]Cl／AlCl₃＜[bmim]Br／AlCl₃。本文考察了离子液体，特别是卤化1-甲基—3—丁基咪唑氯铝酸盐类室温离子液体对芳烃如甲苯、苯、萘等的羰基化反应。对于甲苯，在卤化1-甲基—3—丁基咪唑氯铝酸盐类室温离子液体（如[bmim]Br／AlCl₃）催化下，选择性羰基化反应合成对甲基苯甲醛，在最佳反应条件下，甲苯的转化率可达96％，目标产物对甲基苯甲醛的产率达86％；对于苯，在不同酸性室温离子液体（如[bmim]Br／AlCl₃）催化下，直接羰基化合成苯甲醛，其产率可达91％，选择性约96％。对离子液体的回收套用也进行了研究；对于其它芳烃如萘、β-甲基萘等，在超强酸性离子液体中也可以发生羰基化反应，其中萘以较高的得率（约71％）选择性羰基化合成了α-萘甲醛。研究了离子液体的酸强度、反应温度、反应时间和CO压力等对反应活性的影响。结果发现，该类离子液体对芳烃的选择性羰基化反应的催化活性明显高于传统的B—L复合液体酸类和固体超强酸类催化剂。并探讨了可能的反应机理。本文还以氧气为氧化剂，探索了甲苯氧化制苯甲酸的新催化体系。把N—羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI）与钴盐组成的催化剂体系用于甲苯氧化反应。实验表明：以NHPI—Co（acac）₂（乙酰丙酮酸钴）和NHPI—Co（OAc）₂（醋酸钴）为催化剂时，苯甲酸的收率可分别为55.5％与41.2％，还对反应机理进行了探讨。