稠杂环体系,特别是含氮稠杂环体系,是一类颇具研究价值的化合物,它广泛存在于动植物体内,如吲哚、喹啉、嘌呤等。由于其独特的电子共轭离域等结构特点,往往具有显著的生理活性、新颖的光学特性以及其它潜在的功能特性,因此常被应用于药物、功能材料、有机光催化等各领域,例如临床药物金鸡纳碱、小檗碱,有机光催化剂 Acridiniums、Xanthenes、Quinoliniums、Thiazines 等。独特而新颖的结构骨架、丰富而良好的生理活性以及潜在的功能特性,吸引了国内外众多课题组的研究兴趣。我们课题组长期致力于具有良好生理活性天然产物的全合成、结构修饰、构效关系以及分子作用靶点捕获等研究方向,发展了包括构象控制的C-H活化在内的一系列方法体系,本论文工作即在此基础上围绕小檗碱等稠杂环体系的合成与修饰进行研究。基于上述分析,本文主要从以下几方面进行介绍:第一章、小檗碱具有良好的生理活性,特别是作为抗肿瘤药物,但是其生物利用度以及在人体内的稳定性较差。许多课题组从小檗碱出发通过半合成的方式对其进行后期修饰,但大多由于改造的幅度有限,修饰效果较差。我们采用全合成的策略,直接对小檗碱的各个位点进行“定点改造”,并且与其它课题组紧密合作,通过化学和生物学者之间的不断地协作互动,基本构建出了小檗碱抗结直肠癌的构效关系,并成功筛选发掘出一种抗癌活性以及生物利用度均显著优于小檗碱的类似物,为后续研究奠定了理论基础。第二章、烯烃是一类重要的官能团,它既可以直接参与许多反应如环丙烷化、[4+2]环加成等,也可以转化为一系列活性官能团如醇、环氧等。因此,通过C-H活化引入烯烃在有机合成领域意义重大。我们使用乙烯基硼酸酯作为烯烃前体实现了铑催化的氧化Suzuki反应,它具有反应条件温和、产率良好、底物适用性广、单乙烯基化比例高等优点。该反应在更温和的常压乙烯气体为乙烯源时也能取得较好的转化效果。第三章、对反应的精准调控一直是合成化学家的毕生追求,而电环化反应因其反应时间短、合成效率高以及操作简单等优点常应用于多环体系的构建。围绕电环化反应的研究,我们取得以下进展:1.利用单键的可旋转性,我们通过对反应条件的细微调控实现了全碳6π电环化与氮杂6 π电环化的相互正交,完成了两种不同核心骨架的构建;2.利用该方法快速构建了一个药物小分子库并进行活性测试,成功找到了一系列抗癌活性更好且结构更简单的化合物分子,这为我们后续药物分子的结构优化以及新结构的发现积累了丰富的经验。同时,在实验过程中我们意外的发现了一个全新的构筑吡啶[2,1-a]异吲哚类骨架的方法。第四章、白屈菜红碱是与小檗碱具有相似的核心骨架—二氢异喹啉并异喹啉环系与萘并异喹啉环系的一类天然产物,它们表现出丰富且良好的生理活性;另外它们具有类似的生源合成途径,均是由多巴胺出发经过不同的官能团转化得到。受此启发,我们从商业可得的化合物出发,利用前面发展的碳氢键乙烯基化和可控的6π电环化实现了这两类生物碱的全合成研究。