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近年来,过渡金属催化的碳氢键直接官能团化反应得到了越来越多的关注,它作为一种十分实用且高效的策略被广泛应用于天然产物和非天然化合物的合成中。然而,由于碳氢键本身较为惰性,并且要实现在众多相似化学环境的化学键中识别出特定的碳氢键进行反应具有很大的难度,因此碳氢键的直接官能团化反应依然面临着巨大的挑战,特别是亚甲基C(sp3)-H键的活化。本论文基于偕二甲基效应设计了一个新型的N,N-双齿导向基团,2-(2-吡啶基)异丙基胺(简称PIP胺)。以PIP胺为导向基团,我们研究了钯催化和铜促进的碳氢键选择性官能团化反应,包括如下：1.钯催化PIP胺导向的惰性C(sp3)-H和C(sp2)-H烷氧基化反应我们以新发展的PIPNH2为双齿导向基团,以醇作为烷氧基来源,实现了钯催化的羧酸衍生物的β-位亚甲基和甲基C(sp3)-H键以及β-和γ-位芳基C(sp2)-H键烷氧基化反应。该反应条件温和,底物普适性好,具有很好的官能团容忍性。伯醇和仲醇都能作为有效的烷氧基化试剂。该反应为不对称醚类化合物的合成提供了简洁、高效的途径。此外,初步的DFT计算结果表明,偕二甲基效应对于碳氢键活化/环靶化过程有很大的促进作用。2.铜促进PIP胺导向的C(sp2)-H键活化C-S/N-S键形成我们以PIPNH2为双齿导向基团,以廉价易得的单质硫为硫化试剂,实现了铜促进的苯甲酰胺类化合物的β-位C(sp2)-H键活化串联碳硫C-S/N-S键形成反应。研究发现,化学计量的TBAI对反应顺利进行起到至关重要的作用。该反应从简单的酰胺化合物出发一步高效地构建异噻唑酮环状结构,原子经济性好。该反应条件温和,产率优秀,底物普适性广,具有很好的官能团容忍性。我们合成了一系列具有生物活性的苯并异噻唑酮和杂环并异噻唑酮。此外,产物苯并异噻唑酮能作为通用的合成前体,用于合成不同类型含硫化合物骨架结构,体现了该反应在有机合成和药物化学中的潜在应用价值。3.铜促进PIP胺导向的芳烃和四氢呋喃交叉脱氢偶联反应我们以PIPNH2为双齿导向基团,实现了铜促进的苯甲酸衍生物和四氢呋喃的交叉脱氢偶联反应。该反应通过芳烃的β-位C(sp2)-H键和四氢呋喃氧原子邻位的C(sp3)-H键的活化实现了交叉偶联。四氢吡喃、甲基环戊基醚等其他邻氧C(sp3)-H键也能作为偶联对象。该反应具有很好的区域选择性和较好的官能团容忍性,为四氢呋喃和四氢吡喃的直接修饰提供新的途径。初步的研究表明该反应可能通过羰基碳鎓中间体进行。