碳与氢是有机化合物中最广泛存在的元素,而作为原子经济且步骤经济的方法,选择性进行碳氢官能团化在近些年取得了巨大的进步。相比于过渡金属催化通过两电子过程对碳氢键活化/官能团化,使用单电子过程的自由基策略来实现某些特定位点的碳氢活化可以显著提高此类反应的多样性,底物兼容性。然而,绝大多数此类研究集中在杂原子如N,O等高能自由基启动远程碳氢官能团化,对于使用更加广泛或更容易原位制备的碳自由基启动的此类反应较少,这样的趋势可以从反应前后较小的键能变化来解释。最近几年,碳自由基启动的远程碳氢官能团化反应得到了一定的研究,但绝大多数反应仅可实现较为活化的碳氢位点进行反应,直接对惰性的碳氢键进行选择性官能团化仍存在巨大挑战。同时,此类反应的底物兼容性往往都较差。基于这些难点与机遇,我们首次提出在廉价无毒的铁催化剂条件下,使用原位生成的二级碳自由基引发远端惰性sp3碳氢宫能团化实现了三氟甲基自由基或叠氮自由基启动的远端碳氢叠氮化。反应具有操作简单,条件温和,兼容性极广泛的特点。本论文主要包括以下几个部分:第一章:绪论我们较为系统的介绍了使用自由基策略进行远端碳氢官能团化的发展。主要包括利用N,O,C三种自由基前体引发实现不同的反应。并且,我们也简单分析了为了使反应可以成功所需的必要条件如合理的过渡态构型,以及合适的前后键解离能差值。第二章:铁催化的远程烯烃三氟甲基叠氮化在廉价无毒的铁催化剂作用下,我们首次实现了使用原位生成的二级碳自由基引发的远程惰性sp3碳氢叠氮化。反应操作简单且区域选择性高,底物兼容性上,不仅可以对开链或者环状烷基碳氢高效地进行官能团化,同时对不同电子性质取代芳基的苄位碳氢也极为广泛的兼容。反应机理实验中,我们说明了反应决速步为原位生成碳自由基的一步,且我们也首次验证了碳自由基启动的1,6-氢原子迁移是一个直接的过程。第三章:铁催化的远程双叠氮化双叠氮化物在材料合成,药物研究中有很多的应用,我们在第二章工作的启发下,铁催化条件下原位产生叠氮自由基并诱导发生类似的碳自由基启动远程官能团化反应。反应具有高效,条件温和且兼容性广泛的特点。