1. 微波合成化学
直流电源提供微波发生器的磁控管所需的直流功率, 微波发生器产生交变电场,该电场作用在处于微波场的物体上,由于电荷分布不平衡的小分子迅速吸收电磁波而使极性分子产生25 亿次/s 以上的转动和碰撞, 从而极性分子随外电场变化而摆动并产生热效应; 又因为分子本身的热运动和相邻分子之间的相互作用, 使分子随电场变化而摆动的规则受到了阻碍, 这样就产生了类似于摩擦的效应, 一部分能量转化为分子热能, 造成分子运动的加剧, 分子的高速旋转和振动使分子处于亚稳态, 这有利于分子进一步电离或处于反应的准备状态, 因此被加热物质的温度在很短的时间内得以迅速升高。
(a) 加热速度快。由于微波能够深入物质的内部，而不是依靠物质本身的热传导，因此只需要常规方法十分之一到百分之一的时间就可完成整个加热过程。
(b) 热能利用率高，节省能源，有利于改善劳动条件。
(c) 反应灵敏。常规的加热方法不论是电热、蒸汽、热空气等，要达到一定的温度都需要一段时间，而利用微波加热，调整微波输出功率，物质加热情况立即改变，便于自动化控制。
(d) 产品质量高。微波加热温度均匀，表里一致，对于外形复杂的物体，其加热均匀性也比其它加热方法好。对于有的物质还可以产生一些有利的物理或化学作用。
我们利用微波合成技术合成一系列杂环化合物，如：利用加热氰乙酰胺、环酮和芳香醛的四组分串联反应，首次实现原创性母核的吡啶并[3,4-i]喹唑啉类化合物的构建。氰乙酰胺、环酮和芳香醛反应分别生成两个缩合中间体，再经历[4+2]环加成反应得到目标化合物，同时一步新形成两个环、五个s键和四个立体基因中心包括一个氨化的季碳中心 (Scheme 1, JACS, 2009, 11660-11661)。用脂肪醛或环酮代替芳香醛时，该反应经历另一个不同反应途径，生成三环[5.2.2.01,5]十一烷和[6.2.2.01,6]十二烷衍生物 (Scheme 2, JOC, 2010, 2962-2965)。上述反应使起始原料最大限度转化为目标产物，副产物仅为水或二氧化碳，避免中间体的分离而带来的资源浪费，体现原子经济、成键经济和结构经济。
2. 金属催化偶联反应
为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子或其他杂原子聚集。但碳原子在有机分子中与相邻原子之间的化学键往往非常稳定，不易与其他分子发生化学反应。传统方法虽然能让部分碳原子更加活跃，但过于活跃的碳原子却又会产生大量副产物，而用金属催化剂则可以解决这个问题。金属催化剂就像“媒人”一样，把不同的碳原子或杂原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合—“偶联”。这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，因此更加精确而高效，且能精确有效地合成所需的复杂化合物。利用过渡金属催化形成新的碳-碳键或碳-杂键在有机化学领域占据了重要的位置，能够有效合成多种配体、材料和生物活性分子。对于很多反应来说，如果单一金属催化无法实现高选择性和高收率，两种不同催化剂的协同效应—双金属协同催化，则会有意料之外的结果。如我们用邻炔基苯胺与异腈为起始原料，在Co(acac)2与AgOTf共催化下，反应得到新型的官能化稠合吡咯并吲哚衍生物。反应历程包括Co(acac)2催化的双异腈插入及银催化的1,3-偶极环加成，在反应过程中形成了新的C-C键及C-N键（Scheme 3,CC, 2015, 51, 9519）。此外，我们又利用铑催化剂与铜催化剂协同作用，一步合成了1,3-烯炔和N-芳基烯胺酮衍生物。在铑催化剂存在下重氮芳酮原位转化为铑卡宾，而末端炔与铜反应则会形成炔铜。铑卡宾与炔铜经历金属转移、迁移插入和联烯形成以及随后的亲核加成转化为最终的目标产物。在该反应中，铑催化剂与铜催化剂分工不同，但彼此合作，确保反应顺利进行。该研究成果发表2016年的Org. Lett.上(Scheme 4, OL, 2016, 18, 1298-1301)。
Scheme 3
Scheme 4
3. 氧化脱氢偶联反应
发现高效高选择性的有机合成反应是有机合成化学研究中一个非常重要的研究方向。传统的有机合成化学主要建立在官能团相互转化基础之上，又称官能团化学。惰性化学键(如C-H键)的直接官能团化避免了反应底物的一步甚至多步预先官能团化，因此，惰性化学键活化是提高有机合成效率的一个重要发展方向。氧化脱氢偶联则直接利用不同反应底物中的惰性C-H键，在氧化条件下，进行脱氢偶联反应形成C-C或C-X键, 为功能有机分子的有效构建提供了更短的合成路线，实现反应的更高的原子利用效率。
我们课题组在这方面积累了丰富的经验，构筑了结构迥异的功能有机分子。如：首次利用自由基诱导的1,7-烯炔底物和易得的环烷烃或环-1,3-二羰化合物进行串联自由基双环化反应，一步实现了同一个C(Sp3)-H的双官能化，高效地转化为未见文献报道的螺环化喹啉衍生物。反应经过加成、6-exo-dig环化及自由基偶联等过程(Scheme 5, JACS,2015, 137, 8928)。首次利用TBAI和Cu(OAc)2为共同催化剂，在BPO氧化剂存在下，PivOH作为添加剂，将芳基磺酰肼原位转化为磺酰基自由基，反应过程用1,5-烯炔衍生物进行捕捉，通过自由基的有效传递，经双环化反应得到新型的苯并芴类化合物。该反应经过5-exo-dig / 6-endo-trig双环化反应及均裂芳香取代过程，高区域选择性得到目标产物 (Scheme 6, Chem. Sci. 2015, 6, 6654)。
Scheme 5
Scheme 6