借氢反应也称氢的自动转移,是一种在过渡金属催化剂的作用下通过构建C-C和C-N键一步合成更复杂的分子的新途径。借氢反应是一个串联的过程,它一般经历了如下过程:醇在碱的作用下脱氢,生成的羰基化合物与胺或亲核碳试剂缩合,生成不饱和的中间体发生氢化作用得到最终产物。由于借氢反应使用易于处理的、可再生的、廉价的醇类作为烷基化剂,相对于传统的合成方法具有更高的合成效率和原子经济性,并且水是唯一的副产物,因此该研究领域受到了极大的关注,并被制药企业认为是绿色化学研究的重点领域之一。该领域最早的研究主要是利用钌和铱配合物作为催化剂,相对于廉价金属,它们的催化活性更高。然而,很多催化反应条件苛刻,反应选择性差且底物范围有限,并且很多催化剂的配体对氧气敏感且合成复杂。为了解决以上问题,结合本课题组近年来对羟基吡啶协同催化剂的研究,本论文设计了一系列稳定的含2-羟基吡啶的钌和铱催化剂,改变配体或者金属中心,优化借氢反应条件,利用简单和廉价的底物高效地合成了多种N-杂环化合、醇类化合物、酮类化合物,这对于绿色化学具有重要意义。主要研究内容如下:设计合成了含有2-羟基吡啶的NNN配体（HO-C5H3N-CO-C5H3N-C5H4N）（3-3）,并与[Ru（CO）2Cl2]反应得到配合物[（HO-C5H3N-CO-C5H3N-C5H4N）Ru（CO）Cl2]（3-5）,表征该配合物的单晶结构,确定其精确分子结构。催化结果表明,配合物3-5在催化合成吡啶、喹啉和吡咯的借氢反应中表现出较好的催化活性,仅用0.2 mol%催化剂载量,在回流的甲苯中,以叔丁醇钾为碱,反应6～12 h后可高效合成一系列N-杂环化合物,分离产率达到90%以上。设计合成了配体（CH3O-C5H3N-C5H3N-CO-C6H4-PPh2）（4-2）及四齿钌配合物[{CH3O-C5H3N-C5H3N-CH（O）-C6H4-PPh2}Ru（CO）（PPh3）]Cl（4-5）。研究显示,配合物4-6的吡啶酮结构由含烷氧基配合物4-5通过不寻常碳氧键断裂形成。通过实验发现,当在回流四氢呋喃中有少量中性H2O存在时,该反应以SN2机理实现碳氧键断裂。而当反应液中加入KOH溶液时,碳氧键断裂的机理则转变成SNAr机理。配合物4-8a和4-8b也可发生类似的转变,得到配合物4-9,表明含甲氧基配体与钌配位从而活化2-甲氧基吡啶的O-CH3键具有一定的普适性。此外,本章还探究了该类钌配合物对伯醇与仲醇的β-烷基化借氢反应的活性,反应仅以0.5 mol%的4-5催化剂载量就可实现90%以上的分离产率。设计合成了简单的配体（HOC5H3CH2C5H3OH）（5-2）及铱配合物[Cp*Ir（HOC5H3CH2C5H3OH）（Cl）][Cl]（5-3）。将配合物5-3与Ag OTf反应,得到配合物[Cp*Ir（HOC5H3CH2C5H3OH）（H2O）][OTf]2（5-4）。在碱的作用下,5-4可继续转化成[Cp*Ir（OC5H3CH2C5H3O）（H2O）]（5-5）。将这三个配合物应用于催化胺的甲基化借氢反应,催化活性基本一致。该催化反应以1 mol%的催化剂量,以甲醇为C1源,在弱碱碳酸钾的作用下,12 h时能获得收率高达90%以上的单甲基化产物。设计合成了配体（C5H4CH2C5H3OH）（6-3）及铱配合物[Cp*Ir（C5H4CH2C5H3OH）（Cl）][Cl]（6-8）,6-8在碱的作用下得到配合物[Cp*Ir Cl（C5H4CH2C5H3O）]（6-13）。同时设计合成了其他含有不同羟基和甲氧基数量及位置的NN配体,并合成一系列双齿铱配合物。通过对该系列铱配合物对芳香胺与三级胺的单烷基化借氢反应活性的探究表明,配合物6-8的催化效果最佳,配合物6-13为该催化反应的中间体。该催化反应过程不需要添加额外的碱,同时发现NR3·HCl可以促进该催化反应。催化苯胺与三乙胺的反应产率高达94%。该催化剂选择性强,不会产生如亚胺衍生物或双取代苯胺产物等副产物。