过渡金属催化碳氢键（C–H）直接官能化为构建碳碳键和碳杂键提供一种高效和环境友好的策略。一些官能化含氧杂环和多取代碳环分子在药物化学和材料化学领域有着广泛的应用前景,比如一些苯并呋喃及其衍生物以及碳螺环分子具有抗癌、消炎等生物活性,有成为药物分子的可能性;多取代2-萘酚是不对称有机合成中常用的配体。本论文采用C–H活化策略,从来源广泛的羟基苯甲酸出发,通过开发高效绿色的催化体系,实现多样化的环化反应,构建官能化含氧杂环和碳环分子。本论文主要由三部分组成,第一部分对C–H活化及其他与本论文相关领域的研究工作进行总结,并阐述了本论文的研究思路。第二部分是关于Ru催化间羟基苯甲酸和二芳基炔烃经C–H活化和[3+2]炔烃环化反应合成官能化苯并呋喃的反应研究。该反应以生物质衍生的γ-戊内酯作为绿色溶剂,以空气作为唯一氧化剂,具有反应条件绿色、原子经济性和步骤经济性高等优点。利用该反应可高效合成各种取代的苯并呋喃-4-羧酸。利用产物的羧基还可进一步衍生化,比如通过分子内傅克反应构建天然产物diptoindonesin G的核心骨架,同时也完成了甲基化diptoindonesin G的合成;还可利用脱羧烯基化反应合成天然产物amurensin H的类似物。最后也对该反应进行了机理探究,并对此提出可能的反应催化循环。第三部分是关于Pd催化间羟基苯甲酸和二苯乙炔的[2+2+1]环化/去芳构化反应的研究。利用该反应,可在绿色溶剂和空气氧化的条件下实现官能化碳螺环产物的合成。得到的多取代螺环己二烯酮含有一个游离羧基,可进行多样化的衍生化反应。首先利用傅克反应可实现碳碳键的重排,得到含游离酚羟基的苯并蒽酮荧光团。其次,还可以在Rh催化条件下实现羧基导向非芳香C（sp~2）–H活化,并与丙烯酸酯反应选择性得到复杂含氧杂环分子。将该催化体系应用于生物质衍生的水杨酸,也能实现羧基邻位和间位的双重C–H活化,并与两分子炔烃经[2+2+2]环化反应得到多取代2-萘酚。