C-H键的直接官能团化一直以来被视为有机化学的“圣杯”,可以有效减少化合物合成步骤,提高合成转化的原子经济性,甚至建立起比Suzuki偶联、Negishi偶联等经典反应更为简洁的C-H键活化模式。过去几十年里,C-H键的直接官能团化已经得到了深入的研究,并在学术界和工业界得到广泛的应用。现代C-H键的活化主要通过三种方式进行:1)通过使用自由基引发剂诱导C-H键均裂,然后对活泼碳自由基进行官能团化;2)通过使用卡宾或氮烯进行C-H键的插入;3)通过σ-键的复分解得到C-金属中间体,协同金属化去质子化和氧化加成实现金属化C-H键活化。但是,上述方法通常对试剂或添加剂的使用较为严苛,且具有一定的毒性和环境污染,因此,实现高效催化活化的同时满足环境友好性要求已成为目前C-H键直接官能团化领域的研究重点。本论文基于C-H键催化活化的研究成果,根据不同的杂化特性对氧原子邻位的Csp3-H、末端Csp-H进行催化活化,实现了几类医药化工中间体均相反应条件下的高效制备。本论文的主要研究内容如下:1、有机小分子催化活化Csp3-H键构建新型C-O键C-O键作为生物活性分子骨架中的重要组成部分,广泛存在于许多药物分子、农用化学品、材料及天然产物中,通过催化活化C-H键直接构建新型C-O键是目前有机合成领域的热点研究方向。本文以四丁基碘化铵(TBAI)有机小分子为催化剂、叔丁基过氧化氢(TBHP)为氧化剂,通过C-O键的脱氢偶联反应,实现了异色满类衍生物的α-羟胺化反应。反应条件温和,适用范围广,具有不同电子取代基的异色满衍生物均能获得较好的收率。此外,本章还对反应机理进行了初步探究,研究结果为该方法的进一步拓展应用提供了参考。2、金催化硅炔与2,5-二甲基呋喃分子间的环异构化反应2,5-二甲基苯酚是高脂血症药物吉非罗齐和维生素E生产的重要原料,工业上其主要由对二甲苯通过磺化碱熔法制备,但产生的大量三废造成不可忽视的环境问题。本文开发了几类金(Ⅰ)催化剂,研究了其催化2,5-二甲基呋喃与硅炔类化合物分子间环异构化反应,成功实现了 2,5-二甲基苯酚的一步制备,并通过反应条件优化有效提高了反应收率,为从生物质基平台化合物2,5-二甲基呋喃出发制备2,5-二甲基苯酚的反应路径奠定了基础。3、金催化芳香炔与2,5-二甲基呋喃分子间的环异构化反应本文第四章将金(Ⅰ)催化剂进一步拓展到2,5-二甲基呋喃与芳香炔类化合物分子间的环异构化反应,成功实现了芳香基取代的酚类化合物的制备。优化后的反应条件底物适用范围广,具有不同吸电子或供电子取代基的苯乙炔衍生物均可以有效转化。通过简化催化剂模型并结合密度泛函理论(DFT)计算了反应自由能路径,并进行反应过渡态计算,提出较为合理的反应路径,初步揭示了活化反应物的Cβ原子通过亲核加成连接到呋喃环的Cα原子形成中间态这一过程是反应的决速步骤。