中国科学院理化技术研究所王乃兴研究员课题组聚焦杂环化合物的氧化偶联反应，从杂环化合物的C-H键氧化偶联及通过C-H键的氧化偶联形成新的杂环骨架两个方面总结了自2010年以来空气及氧气作为氧化剂的氧化偶联反应进展，简要讨论了该类反应的模式和机理研究，并分析总结了该研究方向面临的机遇和挑战。

C-H键通常存在于有机分子中，由于它们具有较高的键离解能，传统上被认为是不活泼的。近几十年来，活化相对惰性的C-H键已成为现代有机化学研究的热点。与传统的合成方法相比，C-H键活化表现出更好的原子效率，避免了底物的预官能化，简化了合成步骤，因此更加符合绿色化学的要求。因此，C-H键的氧化偶联是构建C−C或C−X（X = N、O、S或P）键的最直接和最经济的方法之一。通常，这种氧化偶联反应中，过量的外部氧化剂(包括无机氧化剂和有机氧化剂等)的使用是必不可少的。然而，这些氧化剂的加入使整个催化循环过程复杂化，并带来不可预测的副反应。因此，从原子经济性和环境友好性的角度来看，使用清洁环保的空气或分子氧作为氧化剂是非常有价值的，并且适合于工业催化应用。

杂环化合物是一类庞大而多样的有机物，由于氮、磷、氧、硫和官能团等杂原子的存在，它们具有独特的生物活性。并广泛存在于天然产物、药品、农用化学品和功能材料中。王乃兴研究员课题组结合其发展的氧气参与的甲基杂芳烃与吲哚的高效氧化偶联反应，聚焦杂环化合物的氧化偶联，总结了杂环化合物的C-H键氧化偶联及通过C-H键的氧化偶联形成新的杂环骨架的研究进展，并总结归纳了该研究方向面临的机遇和挑战：1） 只有少数反应使用空气中的氧气作为氧化剂。2） 贵金属仍然普遍用作催化剂，在转化完成后被丢弃，限制了其进一步的工业应用。3） 较少的C-H键的无金属氧化偶联的更值得期待。4） 清洁可再生的光和电新型能源具有巨大的潜力，但在进一步应用方面存在许多困难。5） 使用O₂作为氧化剂的不对称氧化很少被报道，并且面临着重大挑战。6） 从理论上讲，迫切需要进行更详细的机理研究，以进一步了解反应途径，促进新催化剂和转化率的设计和发现。

文章详细总结了氧气或空气作为氧化剂的杂环化合物的氧化偶联反应的进展，为开发更多与氧气相容的可控催化反应体系提供了一定的理论依据和借鉴方法，特别是工业生产方法。