重氮化合物在有机化学中有着悠久的历史，在过去的几十年里它们在有机合成中展现出了丰富多彩的应用，在众多的转化中都能看到重氮化合物的身影，它们或是作为起始物，或是作为中间体。在这之中，最常见的便是重氮化合物作为自由卡宾或者金属卡宾的前体。自由卡宾虽然具有很高的活性，但伴随的便是较低的选择性和可控性。与之相反的，金属卡宾由于金属中心的稳定，便高效可控的衍生出一系列丰富有趣的转化。例如X-H键对于卡宾的插入，环丙烷化或是环丙烯化，以及叶立德反应或是1,2迁移反应等等。近年来，经由重氮化合物的聚合反应也被人们发展起来，这也揭示了重氮化合物可以在新的领域中扮演重要的角色。　　诸如铑，铜，钯，钴，镍，铬，等过渡金属，都可以分解重氮化合物而产生相应的金属卡宾物种。因此，一系列过渡金属催化的重氮化合物的反应被化学家们相继报道出来。而N-对甲苯磺酰腙是一类稳定且易于制备的有机合成反应子，他们可以作为卡宾物种的来源。随之产生的便是过渡金属催化的经由N-对甲苯磺酰腙的一系列反应被相继报道。另一方面，过渡金属催化的偶联反应形成新的化学键在近年来成为了化学家们研究的热门领域。而传统的偶联试剂是卤化物或者金属试剂，也即是一系列经典的人名反应。诚然，金属试剂有着不可比拟的反应性，然而在金属试剂的制备过程中要面临的官能团兼容性问题也是我们不能忽视的。此外，金属试剂对于环境较为敏感，这也一定程度上限制了它们的广泛应用。因此，基于N-对甲苯磺酰腙的稳定性和产生重氮化合物的高活性，经由此类合成子的过渡金属催化的偶联反应就应运而生了。　　过渡金属钯作为催化剂在众多有机反应中都展现出了无与伦比的优势，其催化的Heck反应，Suzuki反应以及Negishi反应更是在2010年获得了诺贝尔化学奖。同时期的，钯催化剂也被用于催化经由卡宾的交叉偶联反应。这一类反应利用的钯的可变价态，实现了芳香卤化物和重氮化合物偶联，经由亲核试剂在钯卡宾上转移插入而形成新的碳碳双键。随后的十年里，更多的偶联单元例如烯基，酰基，炔基等都被应用在这一偶联反应当中而产生新的转化。在钯催化的重氮化合物的交叉偶联反应中，结束催化循环的往往是β-H消除而形成新的碳碳双键同时产生低价的钯活性中心。与之不同的是，当我们使用不会发生价态改变的金属铜时，截然不同的结果出现了。由于金属的特性，铜催化的反应在结束催化循环式更倾向于发生质子解而产生单键，这一反应也在近年来被我们实现。类似的，催化循环中的关键步骤也是配体在金属卡宾上的转移插入。由于底物的特性，还有较活拨的酸性氢的底物例如端炔，苯并恶唑都可以在铜的催化下和N-对甲苯磺酰腙偶联实现相应活性位点的烷基化。由于铜催化的重氮化合物的交叉偶联反应一经出现就成为一种构建碳碳键的有效的方法学。这一过程的关键步骤是铜卡宾的产生和卡宾的转移插入，得到的产物例如联烯也可因其高活性的反应性可以被进一步修饰。基于此，我们使用N-对甲苯磺酰腙或者重氮化合物将这样的偶联反应应用联烯的合成以及呋喃和菲环衍生物的合成。　　首先，联烯因具有累积双键的特殊结构而能够发生多种转化，其反应活性使得联烯成为现代有机合成中一类重要的底物和中间体。同时，联烯也存在于多种天然产物和药物分子中，因此合成联烯的方法学在过去数年中得到了广泛的发展。然而在这些方法中，基于直接偶联反应的方法并未得到有效发展。尽管通过交叉偶联制备联烯的反应已取得一定的进展，但是它们普遍存在一些因素的制约，例如需要高温等苛刻的条件，贵金属催化剂的使用增加了反应的成本，并且底物普适性也受到较大的制约，这都一定程度上影响了这些方法的实用价值。此外，已有方法对于1,3-二取代联烯的合成也有较大的限制。因此，拓展联烯合成的方法具有一定的意义。基于这一点，我们使用N-对甲苯磺酰腙和末端炔烃经由铜卡宾的转移插入过程发展了一类直接合成1,3-二取代联烯的方法。这一方法具有以下几个特点:N-对甲苯磺酰腙可以使用商业可得的醛类化合物简易的制备;使用廉价的Cu(I)作为催化剂而且避免了配体的使用;反应过程简单易于操作，官能团兼容性好;可以放大量进行克级制备且可以使用一锅分步的方法合成。所以我们认为这一反应有可能被应用于有机合成。　　其次，多取代呋喃作为一种五元杂环类化合物，在众多天然产物和药物中广泛存在。呋喃及其衍生物也是合成众多天然产物的重要结构单元，对于杂环类的合成也具有很大的意义。因此在过去的几十年中，带有不同取代基的各种呋喃类化合物都能够得到有效的合成。另一方面，重氮化合物是一类应用广泛的卡宾前体，在过渡金属催化下作为一碳单元，可以为众多有机化合物提供新颖的合成途径。而利用重氮化合物与炔烃的环加成反应能够实现多取代呋喃的合成，并且在过去发展的方法学中，铑催化的这一类反应取得了较大的成功。尽管如此，很多方法仍然具有产率较低，区域选择性较差，催化剂复杂且昂贵等限制，所以发展高效且简单的合成方法很有必要。基于此，我们使用重氮化合物和末端炔烃探索了铜催化的偶联/环化串联反应，以较好的选择性和收率合成了三取代呋喃衍生物。这一合成方法无须使用碱和配体，是一类简单，便(bian)宜和廉价的合成策略。　　最后，菲环类化合物在多种材料特别是荧光材料、超导材料和碳纳米管材料中具有广泛的应用，在药物和生物分子中也表现出潜在的应用价值。过去对于菲环的合成方法以酸、碱或过渡金属催化的环化反应，氧化偶联反应以及烯烃复分解反应为代表，对于菲环的合成有很大的促进作用。然而，在温和条件下利用低毒试剂实现高区域选择性的菲环合成仍然是一个具有挑战性的课题。在已知的合成方法中，使用N-对甲苯磺酰腙作为底物对菲环的合成并未得到有效发展。在已有的N-对甲苯磺酰腙与炔烃的偶联反应中，通过邻位的亲核试剂如-OH，-NH2等对反应中联烯中间体的进攻，可以顺利实现环化并生成苯并呋喃及吲哚的衍生物。在此启发下，我们使用N-对甲苯磺酰腙和2-炔基联苯化合物发展了一类合成取代菲环的方法学。在这一反应中，连续的铜催化的偶联/联烯基化/6π电子环化/芳构化过程在一个反应体系中发生。这一方法使用简单易得的原料，操作简便，具有较好的化学和区域选择性，同时条件温和且具有较好的官能团兼容性。　　在上述的工作当中，铜作为一类传统的催化剂又展现出了新的活力。重氮化合物在铜催化下也展现出了新的转化。从合成的角度看，这些铜催化的经由重氮化合物或N-对甲苯磺酰腙的反应产生了一系列具有较高活性或是在材料生物医药广泛应用的分子砌块;从历程的角度看，这些铜催化的交叉偶联反应在机理上截然不同于传统的铜催化的重氮化合物的反应，也截然不同于钯催化的重氮化合物的交叉偶联反应。本论文论述的几类反应，兼具便宜的催化体系，简洁的操作过程，高效的反应效率等优势，可以期望被应用于更为广泛的有机合成中。