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碳二亚胺(RN=C=NR)作为一类具有累积C=N双键的杂联烯类化合物，由于其独特的杂联烯结构和电子性质，在有机合成领域中作为一种多样性的反应试剂，已被广泛地用于杂环合成、环加成反应，并用作多肽和核酸合成的缩合剂。由于其丰富的插入反应化学，金属有机化学家也将其用于合成脒类或胍类配体，以稳定不同类型的金属有机化合物。碳二亚胺化学经过130多年的发展，反应性研究主要集中在两个反应位点:中心碳原子和C=N双键。分子中键的切断和重组鲜有报道。基于此，作者提出博士期间的研究方向:将碳二亚胺与有机锂试剂结合，发展金属促进的碳二亚胺新型反应;基于对反应机理和活性中间体的深入研究，高效构建新型含氮杂环化合物，实现碳二亚胺的多反应位点化学。本论文的工作主要集中在以下四个方面: 1.作者分别从反应中间体的分离、表征及反应，中间体类似物的反应，氘代实验和计算化学四个方面详细研究了通过碳二亚胺分子中C=N双键和C(sp3)-H键的切断合成2，3-二氢嘧啶硫酮化合物这一反应的机理，确认了反应经历[2+2]环加成/4π电环化开环/1，5-氢迁移/6π电环化关环的过程。作者也发展了一类一锅煮的四组分反应合成1，2-二氢嘧啶硫醚以及N-酰基-2，3-二氢嘧啶硫酮化合物。四组分反应得到的1，2-二氢嘧啶硫醚进一步与氨基酸反应，可以制备1，2-二氢嘧啶氨基酸类化合物。 2.作者拓展了铜催化端炔、磺酰基叠氮、碳二亚胺的三组分反应合成2，4-氮杂环丁双亚胺。此类化合物在LiHMDS的作用下，通过分子中C-N单键和C(sp3)-H键的高选择性切断，可以区域选择性开环高效构建2，3-二氢嘧啶磺酰基亚胺化合物。作者通过中间体的捕获和同位素标记实验，证实了该反应经历串联的4π电环化开环、1，5-氢迁移、6π电环化关环的过程。 3.作者采用汇聚式合成策略，以炔锂、单质硫、碳二亚胺、酰氯为起始原料，合成了5-酰基-2-亚氨基噻唑啉类衍生物，将单质硫变为单质硒或单质碲，可以构筑相应的硒唑啉和碲唑啉类化合物。一个新颖的1，5-酰基迁移对该反应起决定性的作用。作者通过中间体的分离，获得了碳二亚胺与单酰氯加合物的结构，通过X-单晶衍射第一次确证了该加合物是以N-酰基-氯取代脒的形式存在。此加合物可以作为很好的合成子与丙二酸二乙酯反应，生成N-酰基取代1，1-二氨基乙烯化合物;与炔锂、2，4-戊二酮、乙酰乙酸甲酯反应，得到N-酰基取代脒化合物;也可以作为脱氧或脱硫试剂，与水、脲、硫氢化钠、硫脲反应，得到具有潜在生物活性的N-酰基取代脲、硫脲化合物。 4.作者采用汇聚式合成策略，以炔锂、单质硫、叔丁基或叔辛基取代的碳二亚胺、酰氯为起始原料，合成了2-酰胺基噻唑衍生物，实现了碳二亚胺分子中C-N单键的切断。作者通过GC-MS检测到了反应中生成的烯烃，并通过氘代实验，进一步确认了噻唑环5位氢原子的来源是反应中脱除的碳二亚胺中的叔丁基或叔辛基取代基。