菲啶酮及喹啉酮单元广泛存在于多种活性天然产物及药物分子中，同时在现代有机化学中也是一类重要的合成中间体。有鉴于此，近年来，如何高效地合成这一类杂环结构一直都是化学家们研究和关注的焦点问题。　　本文工作主要有三部分，一部分为文殊兰定碱系列天然产物的半合成及抗肿瘤活性研究，另外两部分则是两个新型合成方法学研究。首先，我们从药用植物葱莲来源的、具备菲啶酮母核的抗肿瘤活性天然产物文殊兰定碱的人工合成出发，通过结构修饰改造，筛选得到了较天然产物细胞毒活性更强的人工衍生物。而在研究天然产物文殊兰定碱的人工合成工作中，我们提出了一种新颖的无过渡金属参与的，通过脱羧自由基偶联反应合成菲啶酮结构的方法。在深入研究该方法学的基础上，我们进一步开发了一种新型的喹啉酮骨架合成策略。该方法可以相对温和、无昂贵过度金属催化剂如钯、铑等参与下，完成亲核自由基与非活化烯烃的分子间自由基氧化交叉偶联反应。论文分以下四个部分讲述这些工作：　　第一章：本课题组在抗肿瘤活性筛选的指导下，从药用植物葱莲(Zephyranthes candida)中分离得到了一类具有菲啶酮骨架的活性天然产物，我们选择其中抗肿瘤活性最佳的N-苯乙基文殊兰定碱作为先导化合物，经过合成路线的探索与设计，采用经典的钯催化关环偶联方法成功对其进行了人工合成。在此合成工作基础上，按照药物设计学的思路，对菲啶酮骨架 N原子位点的取代基进行结构修饰，设计合成了一系列菲啶酮衍生物分子。对所得到的衍生物开展了初步的抗癌活性筛选实验后，我们筛选出一个人工的、比先导天然选择性更高、抗癌活性更强的菲啶酮分子。本章节工作为后期更进一步的文殊兰定碱构效关系研究以及新型抗癌药物的开发奠定了坚实的基础。后续深入的构效关系研究工作正在课题组内进行。　　第二章：在上一章节活性菲啶酮分子的人工合成工作中，我们发现经典的过渡金属催化偶联合成方法存在着诸多限制。在本章节中，针对热门结构菲啶酮骨架的合成，通过反应条件优化，底物范围研究，动力学同位素效应等机理探究实验，我们提出了一种相比经典过渡金属催化偶联合成方法而言更加环保高效，成本更为低廉的合成策略。该方法摒弃了昂贵的过渡金属试剂，仅使用廉价易得的过硫酸盐介导，通过非活化芳烃 C(sp2)-H键的直接酰胺化过程，高效地构建出菲啶酮骨架。反应具备条件温和，对氧气耐受，成本低廉，对环境污染小等优点，具备良好的应用前景。此外，该反应也是首例分子内无过渡金属催化的非活化芳烃的脱羧自由基酰胺化反应。论文该部分工作发表于 Org. Lett.2015,17,346-349。　　第三章：喹啉酮骨架存在于多种药物或前药结构中，同时也是一种重要的有机合成单元。基于对第二章中过硫酸盐介导的脱羧自由基加成环化反应的深入研究，本论文第三章采用巧妙设计的具备立体位阻的N-甲基草酰单苯胺酸作为底物，使用经典的银盐-过硫酸盐作为催化氧化体系，在温和的反应条件下，通过烯烃的自由基氧化加成环化反应，成功构建出喹啉酮及3,4-二氢化喹啉酮衍生物。该方法实现了在温和条件下，非活化烯烃与亲核自由基的氧化交叉偶联环化，为具备喹啉酮骨架的活性天然产物的人工合成提供新思路，也为开发更多的新型双亲核型底物类型的氧化交叉偶联反应提供参考。　　第四章：本章节是文献综述，概述了新型的自由基介导的烯烃 C(sp2)-H键功能团化反应的最新研究进展，介绍了各类反应的特点、优势、局限以及在合成中的应用，展望其研究前景及面临的挑战。