太阳能是自然界取之不尽,用之不竭的绿色能源。近年来,人们逐渐认识到化学工业对环境的负面影响,绿色可持续发展也越来越受到人类社会的关注,因此发展高效的利用太阳能这种绿色能源的方法也成为21世纪人类科学的热点研究课题及重要挑战。早在20世纪初期,光化学家就认识到光可以引起有机化合物发生独特的化学转化,并由此联想到利用太阳能来实现清洁化学转化的可能性。有机光化学家Giacomo Ciamician在1912年就为人们勾勒出了利用太阳能实现清洁化学的美好场景,预言到光化学合成将成为清洁高效的有机合成策略,是一种真正意义上的绿色化学。然而直到近几年,利用可见光这种绿色能源实现有机化学转化才取得了突飞猛进的成果,化学家利用钌或铱的联吡啶配体作为光敏试剂,经过氧化还原循环,实现了一系列可见光催化的有机反应。可见光诱导的光氧化还原催化因其绿色、低能耗等特点在有机合成中引起了化学家的研究兴趣,成为了有机化学领域的研究热点。sp3C-H键作为最为广泛存在的碳氢键,实现sp3C-H的直接官能化不仅可以构建复杂的结构,同时在构建季碳中心方面拥有独特的优势,成为近年来迅速发展的热门领域,然而由于sp3C-H具有较高的键能,而且极化程度较小,因此很难在室温条件发生转化,也存在很大的挑战性。过渡金属催化的叔胺氧化sp3 C-H官能化过去十几年得到了充分的研究,被用于构建C-C、 C-P、C-N等多种化学键。然而,这些反应往往需要化学计量、昂贵的氧化剂,而且有时反应条件苛刻,操作不便。可见光氧化还原催化的叔胺氧化C-H官能化反应可以在室温条件下进行,使用氧气或简单易得的化合物作为氧化剂,甚至有时不需外加的氧化剂,在氧化还原中性条件下也能顺利进行,绿色节能,具有十分好的理论研究和潜在的工业应用价值,其中可见光催化的胺类化合物α位sp3 C-H键官能化得到了广泛的关注。本文围绕可见光氧化还原催化的叔胺sp3 C-H键官能化展开了研究。内容主要分为以下四个部分：第一部分：二氟烷基(CF2)作为一类重要的含氟官能团,是氧原子或羰基官能团的生物电子等排体,可以提升化合物的偶极矩,增强邻位官能团的酸性,以及改变化合物构象。另外,在生物活性分子的芳环上引入CF2官能团可以显著提升对应化合物的代谢稳定性,以及口服生物利用度。在本章节我们利用可见光氧化还原催化成功实现了四氢异喹啉衍生物α位sp3 C-H二氟烷基化反应。该反应使用廉价易得的四氯化碳作为氧化剂,简单易合成的α,α-二氟代谐二醇作为二氟烷基来源,以较高的收率得到目标化合物。通过对反应条件的优化,我们采用一锅两步法,首先在可见光催化下生成亚胺离子中间体,然后加入α,α-二氟代谐二醇在碱性条件经C-C键断裂并脱去一分子三氟乙酸生成α,α-二氟代烯醇负离子,随后与体系中的亚胺离子发生亲核反应,得到二氟烷基化产物。第二部分：在前一个工作的基础上,我们对可见光催化的四氢异喹啉化合物的a位官能化反应做了进一步拓展,首次实现了N-苯基四氢异喹啉的单氟烷基化反应。该反应使用稳定易合成的α-氟代谐二醇作为氟烷基化试剂,反应操作简单、条件温和。我们使用商业可得的1,3-二硝基苯作为氧化剂,可以以中等至较好的收率得到单氟烷基化的四氢异喹啉类化合物。我们还发现当反应放大到克级规模时,依然能顺利高效的进行。我们对反应机理也进行了详细的研究,提出了先进行亲核加成后发生C-C键断裂的反应机理。第三部分：我们结合可见光催化的叔胺α位sp3C-H活化与可见光催化的PCET活化,成功实现了氧化还原中性的分子内自由基-自由基偶联反应,该方法可用于高效构建4,5,6-元饱和多取代含氮杂环以及2,3-二取代吲哚类化合物。通过对反应机理的探究我们间接证明了反应过程中双自由基中间体的生成。我们还发现,当反应放大到克级时,依然能顺利进行。我们同时对反应机理进行了详细的探讨：1)我们发现反应体系中的H+对反应的顺利进行至关重要,因此提出了PCET反应机理；2)我们通过分子内歧化实验,证明了双自由基中间体的生成；3)通过在反应体系中加入自由基捕获剂(TEMPO),证明了反应过程中硫自由基的存在。第四部分：γ-氨基丁酸类化合物是哺乳动物中枢神经系统的一种最为重要的抑制性神经递质,在脑功能中扮演着重要的角色。我们利用可见光催化的叔胺α位sp3C-H活化生成高活性的a氨基烷基自由基,并通过分子内的迈克尔加成反应合成了具有广泛生物活性的环状γ-氨基酸化合物。我们还通过克级规模反应证明了该方法学的有用性,并提出了可能的反应机理。