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β-咔啉类生物碱广泛的存在于自然界中,尤其在植物、动物、细菌、真菌和食品中分布广泛。药物化学家和有机化学家们对β-咔啉类化合物有着浓厚的兴趣,因为该类化合物存在着多种多样的生理活性,包括抗癌、抗氧化、抗炎、抗菌、抗寄生虫、抗病毒和抗高血压等。本文对β-咔啉类生物碱6-Hydroxymetatacarboline D、Metatacarboline D、Demethoxyfumitremorgin C 和 Hyrtioerectines B 的全合成进行了研究。并且本文对具有生理活性的化合物PDE5酶抑制剂他达那非及Eg5酶抑制剂HR22C16的立体选择性合成进行了研究。另外,我们还发现了一种铜催化氧化合成全芳香性β-咔啉类化合物的方法,以及一种高立体选择性合成1,3-二取代-四氢-β-咔啉类化合物的方法。本论文具体内容可以分为以下三部分:(1)首次全合成了β-咔啉类生物碱 6-Hydroxymetatacarboline D 和 Metatacarboline D。以L-5-羟基色氨酸为起始原料,经过12步反应以21%总收率合成了β-咔啉类生物碱6-Hydroxymetatacarboline D。以L-色氨酸为起始原料,经过9步反应以22%总收率合成了 Metatacarboline D。其关键步骤是通过Bischler-Napieralski反应构建二氢-β-咔啉环,随后经铜催化空气氧化得到全芳香性β-咔啉中间体。我们发现了一种普遍适用的全芳香性β-咔啉类化合物的合成方法,并成功地将该方法用于上述全合成。该方法的特色是以溴化铜为催化剂,空气中氧气为氧化剂,反应条件温和。这种方法具有实用性强、操作安全、反应试剂便宜、产率高等优点。通过这种方法,我们制备了 23个全芳香性β-咔啉类化合物。(2)发展了可工业化的他达那非、HR22C16和Hyrtioerectines B的合成路线。以β-色氨酸为起始原料,经5步反应以72%总收率合成了他达那非。以L-色氨酸为起始原料,经过5步反应以78%总收率合成了 HR22C16。以L-5-羟基色氨酸为起始原料,经4步反应以55%的总收率首次高立体选择性地合成了 Hyrtioerectines B。同时我们发现了一种高立体选择性地合成顺式或反式1,3-二取代-四氢-β-咔啉类化合物的通用方法。该反应的特点是以水为溶剂,添加氯化钠从而降低原料在水中的溶解度,通过结晶诱导不对称转化过程把1,3-二取代-四氢-β-咔啉顺反混合物的盐酸盐转化为单一的顺式或者是反式构型产物。该方法具有绿色环保、立体选择性高、操作简便、可工业化、原料易得和无毒等优点。通过应用这种方法,我们得到16个顺式1,3-二取代-四氢-β-咔啉类化合物和12个反式1,3-二取代-四氢-β-咔啉类化合物。所有产物的相对构型通过1H-1H NOESY确定。(3)以I-色氨酸为起始原料,经5步反应以42%的总收率完成了β-咔啉类生物碱Demethoxyfumitremorgin C的全合成,关键步骤是酰胺中间体经Bischler-Napieralski反应得到二氢-β-咔啉类化合物,随后在大位阻酯基诱导下非对映选择性还原亚胺,从而构建顺式的四氢-β-咔啉母核。该路线避免了已报道路线中通过Pictet-Spengler反应合成顺式四氢-β-咔啉中间体立体选择性不高和产率较低的缺点。