氮杂和氧杂环结构片段广泛存在于天然产物、药物以及功能材料分子之中,由于其独特的生理及化学活性,高效快速构建此类杂环化合物成为有机合成化学重要的研究领域。烯烃来源广泛且性质活泼,是重要的石化产品和基础化工原料,通过烯烃与杂原子的亲核加成反应构建碳杂键以及杂环化合物一直备受关注。然而一般情况下烯烃难以发生亲核反应,传统的酸化以及自由基引发的方法又有诸多弊端,例如环境不友好以及安全系数低等,因此烯烃的亲核反应一直是有机化学研究面临的主要挑战之一。近年来可见光化学蓬勃发展,为烯烃的杂环化亲核反应提供了温和的反应路径。同时,可见光诱导产生的惰性碳氢键活化为直接构建碳杂键研究提供了重要思路,本文便是围绕可见光诱导碳碳双键和惰性碳氢键构建杂环化合物展开了相关的研究工作。采用四溴化碳为氧化剂,在可见光照射下,成功的实现了富电子烯烃与弱亲核性酮羰基氧原子的亲核加成反应,为多取代芳基呋喃类化合物的合成提供了简洁、高效的合成路线,合成的多取代呋喃产率最高可以达到99%。同时发现过量的氧化剂在可见光反应条件下可以将苯甲醚再次氧化,然后经过电子离域共轭效应实现呋喃环100%区域选择性溴代反应。通过控制实验和同位素示踪反应证明了环丙基酮是β,γ-不饱和酮有效合成反应前体,简化了反应底物合成步骤。钯催化剂被蓝色LED灯光激发后诱导不饱和肟酯发生5-内环化反应,肟酯键被还原为氮自由基后与分子内的碳碳双键发生自由基环化反应,从而实现了非活化烯烃的亚胺基化,生成的碳自由基可以继续与活泼芳基乙烯发生分子间交叉偶联反应,生成了含有双活性官能团的含氮杂环分子,产物经过3步简单的反应后以40%的收率得到了重要的生物碱核心片段,证明了反应潜在的实用性。本反应还突破了传统Narasaka-Heck反应只能单分子反应的限制,拓展了34个反应实例,展现了反应优秀的适用性。通过密度泛函（DFT）理论计算对钯催化产生亚胺氮自由基环化反应机理进行了验证,阐述了可见光引发的此类亚胺氮自由基环化反应可以在室温下进行的原因,同时通过自由基探针实验证明了钯催化剂与烷基自由基混合粒子的存在。基于可见光诱导生成亚胺氮自由基的可能性,开发了新颖的协同催化策略,利用过渡金属催化剂溴化亚铜捕捉亚胺氮自由基,生成的三价铜络合物中间体经过快速重排反应直接合成了氮杂环丙烯类化合物,实现了肟酯α位亚甲基和次甲基碳氢键活化。与传统的Neber反应相比,本反应策略适用范围更广,亚胺基化的碳原子无需阴离子稳定基团,并且反应底物合成简便,反应条件温和,不会用到剧毒类试剂和强碱等苛刻条件。通过荧光淬灭实验验证了光催化剂与铜催化剂协同作用的过程,提出了无配体铜离子也可以经历从一价到三价(Cu I/CuⅡ/CuⅢ)的循环过程。具有光学活性反应底物生成外消旋化产物的控制实验证明了反应还经历了特殊的金属氮宾重排过程,是生成碳氮键的关键步骤。