过渡金属催化交叉偶联反应为复杂分子中碳-碳键的构筑提供了强有力的手段。本论文在第一章综述了过渡金属催化还原偶联反应(两分子亲电试剂间直接的交叉偶联)的发展历史和现状,其中重点介绍了Ni催化还原偶联反应。Ni催化还原偶联反应,具有出色的官能团兼容性、成熟的反应机理。利用Ni催化对饱和碳-碳键构筑的优势,发展新的还原偶联反应能够很好补充现有的碳-碳键构筑反应类型,克服传统使用金属试剂和卤化物的交叉偶联反应的难点问题。Ni催化还原偶联反应,具有高的交叉偶联选择性,优秀的官能团兼容性,适合用于复杂分子中碳-碳键的构筑。在第二章中,我们探索更温和的反应条件,利用Ni催化还原偶联反应合成非天然氨基酸。我们通过易得的丝氨酸或高丝氨酸的碘代衍生物与芳基、酰基、烷基卤化物的还原偶联反应,快速合成L-或D-构型的α-氨基酸,并且成功保持了氨基酸的手性中心。烯烃是有机合成化学中极为重要的一类合成子,来源广泛、价格低廉、容易获得。烯基官能团也广泛存在于天然产物中,这些天然产物往往结构复杂、富含其他官能团。在第三章中,我们探索了Ni催化烯烃的还原氢碳化反应。该反应以烯烃代替烷基金属试剂与芳基或烷基亲电试剂偶联,实现了高效的碳-碳键的构筑。这一反应具有出色的官能团兼容性,能够兼容大量具有合成价值的官能团,因而能够为复杂分子的后期修饰提供有效的途径。第三章中,我们发现Ni催化剂能够实现非活化烯烃和烷基卤化物的氢碳化。这一惊讶的发现促使我们进一步发展更实用的避免使用烷基卤化物的方法。在第四章中,我们发展了Ni催化还原脱羧烯烃氢烷基化反应。该反应通过羧酸N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯和非活化烯烃还原脱羧氢烷基化实现了C(sp3)-C(sp3)的构筑。这一反应能够为含有羧基或烯基官能团的复杂化合物的组合修饰提供方法。我们通过“镍-联吡啶-还原剂”催化体系的运用,实现了一系列C(sp3)上的还原偶联反应,初步解决了一些碳-碳键构筑反应中的难点问题,特别是烷基金属试剂或烷基卤化物的来源、操作等实际使用过程中常见的问题。此外,我们也拓展了Ni催化还原偶联反应的概念和范围。当然,一些难题仍然存在,例如,全碳中心的构筑以及立体化学控制等。这些问题也是我们需要继续研究和克服的难点。