吲哚啉骨架不仅是各种吲哚生物碱中存在的核心骨架,而且也是构建复杂吲哚啉类似物的结构基元,它广泛存在于各种具有生物活性的天然产物中。含有吲哚啉化合物的生物碱通常表现出良好的生物活性,如细胞毒性、抗炎及抗肥胖活性等。因此,吲哚啉结构的转化与应用研究在有机合成中具有非常重要的研究意义。本论文的研究内容主要是围绕吲哚啉的选择性环化与重排反应展开,探讨基于吲哚啉的系列环化反应与重排反应构建结构新颖的含季碳中心的桥环、稠杂环及螺环骨架的吲哚啉化合物。本文分三个部分进行研究:第一部分,研究了稠环吲哚啉醇在酸、碱条件下发生的选择性环化反应。稠环吲哚啉醇在三氟甲磺酸的条件下发生分子内6-endo-环化反应合成六元桥环吲哚啉化合物,产率中等到良好,非对映选择性为2.5:1-20:1。在氢化钠的条件下,稠环吲哚啉醇发生分子内5-exo-环化反应得到五元桥环吲哚啉化合物,产率中等到良好,非对映选择性高达20:1。探讨了各种酸、碱、溶剂对两类环化反应的产率影响,并分别对反应的底物范围进行了拓展,共合成了22个六元桥环吲哚啉和23个五元桥环吲哚生物碱。第二部分,以稠环吲哚啉醛为原料,发展了还原、Appel反应,银盐介导的半频哪醇重排的串联策略,分别得到了结构新颖含季碳中心的稠环喹啉化合物和螺苯并呋喃喹啉化合物。在碳正离子中间体重排过程中,由于基团迁移的优先顺序不同,从而生成不同的产物。机理研究表明:苯乙烯基团迁移属于分子内迁移。迁移基团的电子效应对迁移的速率影响较小。该反应操作简便、易进行克级量放大反应。第三部分,发展了在温和条件下,用便宜易得、可回收利用的氧化石墨烯催化3-亚甲基吲哚发生氮杂半频哪醇重排反应和分子内5-exo-环化反应,分别高效地构建了含季碳中心的2-吲哚啉苯酚和苯并呋喃吲哚啉化合物。该反应利用氮杂半频哪醇重排来完成吲哚啉的C2-季碳中心向C3-季碳中心的转化。与普通的布朗斯特酸相比,氧化石墨烯则通过其特有的酸性、氢键、可形成阴阳离子对等特点,对氮杂半频哪醇重排中间体的立体化学具有稳定作用,使其在重排过程中保持立体化学不变,为获得高对映选择性的C3-季碳吲哚啉提供了新的策略。此外,可以通过用乙醇洗涤容易地回收氧化石墨烯,回收的氧化石墨烯可以循环七次,其催化效率也不会减弱。