过渡金属催化惰性化学键活化及转化研究，不仅有助于人们深入认识化学键断裂与形成的本质，还可以为有机合成乃至大化工领域提供一条更加高效绿色的合成方法与思路。如过渡金属催化的烷烃脱氢反应，可从价廉量广的烷烃类基础化工原料出发制备烯烃类重要化工原料。此外，有机硅化合物是一类非常重要的合成中间体，在材料科学与制药行业等领域均具有非常广泛的应用，通过碳氢键硅化反应可方便地合成该类化合物。本论文主要设计并发展了一类新型pincer钌络合物用于催化惰性碳氢键和碳氟键的活化及其相关转化。主要分为以下六个部分:　　一、新型pincer钌络合物在催化烷烃脱氢反应中的应用。我们设计、合成及表征了一系列新型pincer钌络合物，并对其催化烷烃脱氢反应的活性进行考察。该类钌络合物可催化环烷烃和直链烷烃的转移脱氢反应，其中以芳环骨架带一五氟苯基的POCOP型钌络合物的活性最高。对于环辛烷的转移脱氢反应，其催化转化数高达367。该钌催化烷烃脱氢反应可兼容水、丙酮、乙酸乙酯和乙醚等极性物种，同时反应底物无需纯化。　　二、钌催化杂环芳烃sp2碳氢键硅化反应构建杂环芳基硅骨架。我们实现了钌催化含氧、硫及氮杂环芳烃和硅氢试剂的分子间碳氢键硅化反应。其中，反应的硅氢试剂可以是烷基硅烷也可以是烷氧基硅烷。对于含氧和含硫杂环芳烃类底物，硅化反应专一性地发生在杂环芳烃的2位碳氢键上。而对于吲哚类底物，硅化反应主要发生在氮氢键上，少量发生在2位碳氢键上。该方法学反应可放大到三十克的规模，催化剂用量能降低至万分之五。另外，杂环芳基硅类产物可在钯催化下与碘代芳烃在温和的反应条件下实现偶联。　　三、钌催化分子内sp2碳氢键硅化反应构建苯并氧硅杂环戊二烯与硅杂芴骨架。通过调节硅上取代基的位阻，我们依次实现了对三级、二级及一级氢硅醚底物的分子内碳氢键硅化反应构建苯并氧硅杂环戊二烯类骨架。该类产物在钯催化下可与卤代芳烃发生偶联反应。此外，我们也实现了钌催化联苯氢硅烷类底物的分子内碳氢键硅化反应构建硅杂芴类骨架，该催化体系的催化转化数高达960。　　四、钌催化分子内sp3碳氢键硅化反应构建[1，3]-硅杂杂环骨架。我们实现了钌催化对一系列与氧、氮、硅及锗原子相连的甲基碳氢键的分子内碳氢键硅化反应构建[1，3]-硅杂杂环骨架，该反应的催化转化数高达1860。该催化体系也可适用于苄位碳氢键与邻乙基上甲基碳氢键的活化来构建五元环硅化合物。该钌体系催化各种碳氢键反应活性大致顺序为:ArN(Me)CH2-H＞ArSi(Me)2CH2-H＞ArOCH2-H＞ArCH2-H＞ArCH2CH2-H。此外，[1，3]-硅杂杂环类产物可在钯催化下与碘代芳烃发生选择性地偶联反应。通过初步的机理研究，我们发现碳氢键的断裂是该反应的决速步。其中，钌硅物种是该反应的关键中间体，而钌硅烯物种是催化活性物种的备用状态。　　五、钌催化氧杂五元环化合物的脱氢硅化反应构建杂环芳基硅骨架。我们实现了钌催化氧杂五元环类化合物与硅氢试剂的分子间碳氢键硅化反应。该反应的硅氢试剂可以是烷基硅烷也可以是烷氧基硅烷。该催化反应具有较好的官能团兼容性，醚、Bpin、硅基、酰胺、酯基与酮羰基等基团均能很好地兼容。值得注意的是，该钌催化体系也可适用于催化四氢呋喃发生分子间脱氢硅化反应。我们推测该钌催化反应经历先杂环脱氢成杂环芳烃再对杂环芳烃进行分子间碳氢键硅化反应的过程。　　六、钌催化多氟芳基硅烷的分子内脱氟氢化反应。我们实现了钌催化多氟芳基硅烷类化合物的分子内脱氟氢化反应，该催化反应的催化转化数高达890。对该钌催化分子内脱氟氢化反应，多氟芳基硅烷类芳基上氟的个数越多，反应活性越高。此外，脱氟氢化产物可在钯催化下与碘苯发生偶联反应，也可在四丁基氟化铵的作用下发生脱硅基反应。