含氮芳环化合物广泛存在于药用植物和临床药物结构中,这些芳环化合物有着十分广泛和重要的生物活性,被广泛应用于生物医药、农业、光电材料、有机催化剂和有机合成中间体等不同的领域。本文着重探索喹啉类化合物和氮杂茚类化合物的新型合成方法。随着科研工作者孜孜不倦的努力和新合成方法的快速发展,我们通过广泛的文献调研发现这些化合物现有的合成方法存在着不足之处。比如底物预先官能团化,多步合成操作等问题会增加反应废弃物,降低目标化合物总体收率;过高的反应温度,催化剂对湿度、空气敏感等苛刻反应条件的问题;反应选择性低,副产物多,后处理过程繁琐等不足。我们通过过氧化剂参与的自由基合成策略完成了喹啉、喹喔啉酮和香豆素类化合物的直接脱氢官能团化反应;我们通过脱氢交叉偶联策略高效构建、修饰了一系列不同的氮杂茚类化合物。以上,我们发展了喹啉、喹喔啉酮、呋喃并香豆素和氮杂茚类化合物新的合成方法学,高效的实现了相关衍生物结构的快速构建。第一章绪论部分,我们首先介绍了过氧化剂促进的自由基反应,详细归纳了不同催化剂和过氧化剂参与的自由基反应体系。接着又对钯和非金属单质碘参与的脱氢交叉偶联反应做了简单介绍。在绪论的最后部分,我们介绍了含氮化合物(喹啉、喹喔啉酮、氮杂中氮茚)和呋喃并香豆素化合物的一些重要生物活性。第二章的内容介绍了 N-碘代丁二酰亚胺和过氧化叔丁醇参与的2-甲基喹啉C(sp3)-H键官能团化反应。该合成方法以2-甲基喹啉和苯并噻唑作为起始材料,N-碘代丁二酰亚胺作为催化剂,过氧化叔丁醇作为氧化剂,二甲基亚砜作为溶剂。在该合成方法中,N-碘代丁二酰亚胺和过氧化叔丁醇完成催化循环生成叔丁氧和叔丁过氧自由基,2-甲基喹啉经自由基活化生成喹啉-2-甲醛,苯并噻唑在酸性条件下开环生成2-氨基苯硫酚。最后,2-氨基苯硫酚和喹啉-2-甲醛缩合、环化生成目标化合物。我们利用该方法合成了一系列不同的2-氮杂芳基苯并噻唑衍生物。该合成方法操作简单,条件温和并且底物适用性较好,各种不同的2-甲基氮杂芳环和苯并噻唑都能偶联得到目标化合物。在第二章描述的工作基础上,我们深入了解了过氧化剂生成自由基可能参与的反应类型,以N-甲基喹喔啉酮和氨基甲酰肼作为起始材料,碘化亚铜作为催化剂,过氧化苯甲酰作为氧化剂,完成了第三章碘化亚铜和过氧化苯甲酰参与的喹喔啉酮C(sp2)-H键氨基甲酰化反应。首先,碘化亚铜与过氧化苯甲酰反应生成苯甲酰氧自由基,氨基甲酰肼与自由基发生反应生成氨基甲酰自由基中间体。最终,氨基甲酰自由基与喹喔啉酮C=N双键经加成、脱氢、氧化生成C3位酰胺化的喹喔啉酮类化合物。相较于传统酰胺化合物的制备,该合成方法反应条件相对温和,底物普适性较好,脂肪族和芳香族底物都能以较好的收率得到偶联产物。该合成方法无需活化底物也不需要昂贵新颖的催化剂,为a,β-不饱和化合物的酰胺化反应提供了一种新的思路。第四章的内容介绍了单质碘和过氧化叔丁醇参与构建呋喃并[3,2-c]香豆素化合物。我们以4-羟基香豆素和苯乙炔作为反应底物,单质碘作为催化剂,过氧化叔丁醇作为氧化剂,90℃在二氧六环中就能得到偶联环化产物。在该合成方法中,4-羟基香豆素首先异构为色满-2,4-二酮,色满-2,4-二酮再与碘正离子生成C-I键。最后,C-I键原位断裂生成碳自由基与炔烃加成、环化生成目标化合物。该合成方法相较于已有呋喃并[3,2-c]香豆素的合成方法优势在于无需金属催化剂,无需对底物进行预官能团化,操作简单,原料易得,原子利用率高,官能团容忍性好。第五章的内容介绍了醋酸促进构建三取代吡咯并[1,2-a]吡嗪化合物。该合成方法只需加入5当量醋酸在乙醇中120℃反应,无需添加任何添加剂就能以较好的收率得到三取代的吡咯并[1,2-a]吡嗪类衍生物。该合成策略为多取代吡咯并[1,2-a]吡嗪化合物的制备提供了一种绿色环保、操作便捷的合成方法。第六章的内容介绍了咪唑并[1,2-a]吡啶双芳杂环化合物的构建及荧光性能的初步探索。我们以醋酸钯作为催化剂,碳酸银作为氧化剂,吡啶作为配体,100℃在二氧六环溶剂中即可得到最终目标化合物。我们利用这一合成策略高效快速构建了一系列的C3位芳杂环化的咪唑并[1,2-a]吡啶化合物,并对这些化合物的紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、荧光量子效率做了详细的研究。最后分析了结构与荧光性能之间的联系。该系列化合物良好的荧光性能在生物成像方面具有潜在的应用价值。