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碳-碳键、碳-氧键和碳-氮键是构成有机化合物的重要组成部分之一,它们的构建一直是有机合成化学的重要研究内容。过渡金属催化的碳-氢键官能团化由于具有操作简单、原子经济性等优点,在过去几年里已经成为构建这些化学键的有效方法。在碳-氢官能团化反应里所使用的过渡催化剂中,Pd, Cu是应用最广泛的两种催化剂,可能是由于它们价格低廉且低毒的特点。为了拓展Pd, Cu催化剂在碳-氢官能团化反应里的应用,本文研究了以下三部分内容：1.研究了吡啶诱导基团辅助的Cu催化的sp2C-H键的酰氧化和酰胺化反应。反应使用2-芳基吡啶作为反应底物,在Cu(OAc)2/TBHP催化体系下分别与醛、甲基芳烃和酰胺发生氧化偶联反应生成新的碳-氧键和碳-氮键。在与醛的反应中,不仅芳香族醛是适合的,而且脂肪族醛也能反应。反应能够兼容多种官能团,像甲基、甲氧基、氟、氯、溴和硝基。反应使用更加清洁的氧气作氧化剂也进行,有可能具有很好的工业应用价值。反应有可能是先将醛氧化成相应的羧酸然后再与2-芳基吡啶发生偶联反应。相似地,甲基芳烃在Cu(OAc)2/TBHP催化体系下能够稳定的转化成相应的芳香醛,然后进一步转化成羰基酸与2-芳基吡啶发生碳-氢官能团化反应,反应可以提供20%-42%产率的酰氧化产物。在该催化体系下,酰胺也能与2-芳基吡啶反应形成新的碳-氮键,反应同样也能兼容多种官能团,像甲基、甲氧基和氯。脂肪族的乙酰胺也被尝试,也能提供中等产率的目标产物。杂环化合物3-吡啶甲酰胺也能反应,但产率较低。2.研究了Pd催化的芳香醛的酰基碳-氢键的酰胺化反应。反应使用含有含氮诱导基团的酰胺作为酰胺化试剂,反应在10%的Pd(PPh3)2(OAc)2作催化剂,2当量的TBHP作氧化剂在乙腈能够顺利进行。反应能够提供45%-81%的酰胺化产物。反应能够兼容多种官能团,像甲基、甲氧基、氟、氯和溴。酰胺化产物在MeONa/MeOH体系下能选择性的将吡啶酰基部分裂解掉生成相应的酰胺产物。自由基捕获实验表明芳香醛在反应中是以酰基自由基的形式参与反应。该反应具有一定理论研究价值。3.研究了Pd催化的杂环芳烃sp2C-H键的芳基化反应。反应使用过量的Cu(OAc)2作为氧化剂,无需任何强碱在温和的条件下就能进行。反应使用磺酰肼作为新的芳基化试剂,具有廉价易得的优点。该反应对空气中的湿气和氧气不敏感,也无需干燥溶剂或惰性环境保护。与其他的偶联试剂相比,该反应具有很好的实际应用价值。