氢原子转移（HAT）是指在一个动力学过程中,将一个电子和一个质子从氢供体协同转移到氢受体的过程,提供了直接生成自由基的方法。近年来,光促进氢原子转移催化已经发展成为有机合成化学中热门的研究领域之一,利用清洁易得的光能活化脂肪族碳氢键并产生高活性的自由基中间体,实现廉价易得原料到复杂分子的高效转化。本论文研究了多种官能化试剂参与的基于光促进氢原子转移脂肪族碳氢键官能化反应,主要包括以下三部分内容:我们使用FeCl3/HCl作为光催化剂,实现了烷烃,甲苯及其衍生物,醚,酯,醇,酰胺,脲,硫醚,醛等脂肪族C-H键的氧化,氯化,氟化,胺化,炔基化和磺酰化等多种官能化反应。该催化体系高效且实用,在极低的催化量下,能够以最高9900的TON得到脂肪族C-H键的官能化产物。通过机理实验和理论计算,我们认为反应的活性物种是FeCl3和HCl原位生成的[FeⅢCl4]-物种。该物种在光照条件下通过LMCT生成氯自由基,攫取脂肪族碳氢键上面的氢原子,生成相应的烷基自由基,实现脂肪族C-H键官能化反应。通过四丁基十聚钨酸铵盐（TBADT）和手性磷酸的联合催化,我们发展了光促进惰性脂肪族C-H键的不对称烷基化反应。该反应依次经历氢原子转移（HAT）/自由基加成/攫氢/不对称质子化接力过程,对各种底物（环烷烃,醛,甲苯及其衍生物和烯丙基碳氢化合物）都有很好的耐受性,能以优秀的收率和立体选择性得到一系列手性环酮类产物。为实现脂肪族C-H不对称烷基化提供了一种有效的途径。以手性螺环磷酸作为手性质子梭（CPTS）,以TBADT作为HAT催化剂,我们还实现了α-丙烯酸酯与惰性脂肪族C-H键的不对称加成反应。能以优秀的收率高对映选择性地构建一系列手性α-氨基酸骨架。通过动力学研究,我们认为碳氢键的断裂可能是该反应的决速步骤。该策略从廉价易得的化学原料出发,为快速合成手性氨基酸衍生物提供了一种行之有效的方法。