本论文研究内容为:可见光催化的氮自由基串联反应及其在吲哚生物碱合成中的应用。含氮杂环在杂环化合物中占据重要地位,许多天然产物、药物和具有生物活性的化合物中都含有氮杂环。由于含氮杂环的重要性,过去几十年里,化学家们不断努力开发新颖有效的方法来合成这类结构。在众多研究成果中,氮自由基作为高活性的反应物种,具有引发链式反应的潜力,适合用于构建上述含氮的复杂多环体系。传统产生氮自由基的方法主要基于相对较弱的N–X（N–N,N–O,N–S,N–Cl或Br）键的还原裂解,或N–H键的氧化裂解,这些方式通常需要使用化学计量的自由基引发剂、强氧化剂、高温热解或强紫外光解条件,不具备通用性,因此限制了氮自由基反应的应用。近年来,可见光催化的自由基反应在有机合成领域受到广泛关注,由于可见光催化无需使用化学计量的活化剂,能在温和条件下催化产生多种活性中间体,实现多种化学转化,因此成为构建碳碳键、碳杂键的热门方法。尽管可见光催化产生氮自由基的研究领域发展迅速,但大部分成果以断裂N–X键来产生氮自由基,此类方法需要使用不稳定的自由基前体或在氮原子上引入活化基团,制备步骤繁琐,在官能团兼容性、底物适用范围和实际操作等方面具有诸多限制。因此发展温和高效的、原子经济性的、由可见光催化断裂N–H键产生氮自由基的方法,对自由基化学和合成化学领域具有较大价值和意义。基于此,本论文发展了一种可见光催化的氮自由基串联反应:在蓝色LED光照射下,以Ir（dtbbpy）（ppy）₂PF₆为催化剂、经脱氧处理的四氢呋喃为溶剂、KHCO₃为碱,简单易得的光反应底物S11通过单电子转移（SET）过程产生氮自由基,随后与反应体系内的Michael受体发生分子内/分子间的自由基链式反应,高效、高选择性地得到一系列四氢-β-咔啉类产物。该方法在可见光催化下直接由底物N–H键断裂产生氮自由基,条件温和,适用范围广,能高效构建手性四氢-β-咔啉骨架,具有应用潜力。化学研究目的之一在于应用,将丰富的化学反应用于材料研究、新药研发或活性天然产物的合成等,一直是有机合成领域的重要目标。基于上述可见光催化的自由基串联反应,本论文成功将其运用到以下吲哚生物碱的集群式合成中:1)利用可见光催化的分子内/分子间自由基串联反应,从光反应产物259a出发,以6步39%的总收率高效完成了吲哚生物碱（+）-harmicine的合成;2)经过多次实验设计与路线优化,成功制备光反应底物382,实现了分子内/分子内自由基串联反应,高效构建了产物383中的四环骨架和C20位季碳中心,控制了C21位的立体选择性。从关键中间体383出发,分别以6步、7步、6步、7步和8步反应完成了天然产物（–）-eburnaminol、（+）-larutenine、（–）-terengganensine B和（–）-strempeliopine的首次不对称全合成以及（–）-terengganensine A的不对称形式合成;3)经过底物设计和条件筛选,以含炔基侧链的化合物438为氮自由基反应前体,实现了与丁烯酮（MVK）分子内/分子间/分子内的自由基串联反应,分别以11步和10步反应完成了deserpidine异构体（+）-16,17,20-epi-deserpidine（451）和衍生物457的合成。以上研究内容层层递进,相互补充,证明了本论文方法学在构建复杂吲哚生物碱骨架中的优势,具有广阔的应用前景。