单碳代-闭合-十二硼烷阴离子[CB11H12]-是由一个碳原子和十一个硼原子组成的二十面体闭合笼状化合物。该化合物高度缺电子,碳原子和硼原子聚集在一起,以三中心二电子的成键方式形成多面体结构。[CB11H12]-所具有的独特三维立体结构以及热力学和化学稳定性强、低毒性、硼含量高等特点使得其及相应衍生物在弱配位化学、超分子化学、光学材料、核医学等领域的应用受到越来越广泛的关注。本文首先综述了单碳硼烷阴离子[CB11H12]-的化学性质、不同合成方法及其在相关领域的应用。目前较为通用的合成方法之一是经Reed教授课题组优化的以癸硼烷为起始原料的三步合成方法,该方法产率较高、产物纯度高,但耗时长,所用试剂毒性强。2004年,Kennedy课题组报道了一种简易的两步合成法,但该方法重复性差,产率低,试剂毒性也较强。本论文的一个研究课题即为Kennedy合成方法的优化,使用简便的步骤、温和的反应条件、低毒试剂得到高产率、高纯度的单碳-十二-硼烷阴离子[CB11H12]-。为了使[CB11H12]-在材料、医学等领域的应用更为广泛,目前很多的研究集中于单碳硼烷衍生物的合成。自上世纪六十年代[CB11H12]-的成功制备以来,该化合物的衍生化得到了很大的发展。化学家们成功合成了一系列的碳位取代的单碳硼烷衍生物。对于硼上氢原子的取代,由于硼氢键的酸性较弱,尤其是碳邻位的二至六位硼原子,衍生化则受到一定的限制。目前硼位衍生化主要是利用亲电取代反应实现,例如硼氢键的烷基化、卤化等,但是反应位点多数位于碳间位和对位的相对活泼的硼氢键,碳邻位的硼氢键取代反应则更加困难。如何实现不同位点硼氢键的区域选择性衍生是目前面临的一个重要挑战。面对上述问题,本论文工作创新性地利用过渡金属催化的硼氢键活化反应实现了[CB11H12]-的选择性官能团化。[CB11H12]-具有三维芳香性,并且与苯环的亲电取代反应活性有一定的相似性。目前实现苯环衍生物区域选择性合成的有效方法之一为过渡金属催化的碳氢键活化方法。受碳氢键活化的启发,我们在[CB11H12]-的碳位引入了有效的导向基团,并筛选了衍生试剂、过渡金属催化剂、添加剂、溶剂等条件,也即通过过渡金属参与的硼氢键活化方法,构筑硼-碳键、硼-卤键、硼-氮键等,以实现母体单碳硼烷的区域选择性官能团化。