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本论文由三章组成:第一章介绍自2000年至今所发现的含有环丁烷结构单元的萜类天然产物的化学结构、来源及生物活性研究，同时对近十年来(2008年至2017年)该类天然产物的合成研究进行了介绍，重点归纳总结了环丁烷的手性构建及其官能团化的方法;第二章论述对从药用植物帚状香茶菜中所发现的具有免疫抑制活性、且具有罕见环丁烷结构单元的新颖骨架杂二萜isoscopariusin A的全合成研究;第三章综述2008年至今国内外对香茶菜属植物二萜和五味子降三萜的全合成研究进展。 含有环丁烷结构单元的萜类化合物具有独特的四元环结构，环系张力大，包含至多四个连续且拥挤的手性中心，对结构鉴定和有机合成都构成很大的挑战。本论文的核心就是将有机合成方法运用到天然产物的研究之中，利用有机合成手段去确定杂二萜isoscopariusin A的绝对构型，为其生源合成途径推测提供依据，并有助于进一步对其开展构效关系的研究。 为此，我们发展了一种简洁高效的、非对映选择性构建新颖6/6/4三环骨架的合成策略，首次实现烯酮亚胺盐与三取代烯烃发生分子间[2+2]环加反应，实现克级规模非对映选择性合成α-芳基取代的环丁酮，并结合亚甲基化与立体选择性硼氢化-氧化反应在四元环上引入羟甲基，从而高效地构建四元环四个手性中心，包含一个手性季碳中心，以最长线性12步反应实现了对目标天然产物的全合成，确定了其绝对构型，为发现具有免疫抑制活性先导化合物奠定了坚实的合成研究基础。 第1章 含有环丁烷结构单元的萜类天然产物的化学研究进展 含有环丁烷结构单元的天然产物涉及萜类、甾体、聚酮和生物碱等类型，具有多样的生物活性。自2000年以来，从自然界中包括陆地植物、海洋生物、微生物等来源，共发现了近80个含有环丁烷结构单元的萜类化合物，且三分之二以上来源于植物，其结构类型涉及倍半萜及其二聚体、二萜及其二聚体、二倍半萜、三萜和杂萜。该类化合物具有多样的生物活性，且在某些模型中表现出了显著活性，如phainanoid F具有优于环孢菌素的免疫抑制活性。近十年来对该类化合物的全合成不断出现新进展，其中关键的立体选择性构建四元环的方法涉及传统[2+2]环加成反应结合C-H活化策略、自由基环化、钯催化的分子内烷基化环化和woff重排反应等方法。 第2章 新颖杂二萜isoscopariusin A的全合成 对从药用植物帚状香茶菜中所发现的具有免疫抑制活性的含有环丁烷片段的新颖杂二萜isoscopariusin A开展了全合成研究。其全碳四元环含有四个连续手性中心，包括一个手性季碳中心，是合成的难点，具有很大的挑战性。我们以香紫苏内酯为起始原料，通过三取代烯烃和联烯酮发生热的[2+2]环加成反应非对映选择性地构建四元环，利用shapiro反应和共轭加成引入芳基和酯基，实现对环丁酮的官能团化，从而构建了四元环四个连续手性中心，包含一个手性季碳中心，利用镍催化的sp3-sp2碳碳偶联引入反式烯醇侧链，最终实现目标分子的合成。为克服第一代合成路线效率较差、步骤冗长的不足，我们发展了第二代合成路线，主要关键反应包括钴催化的双键异构化、首次实现烯酮亚胺盐与三取代烯烃发生分子间[2+2]环加反应、从而实现了克级规模立体选择性合成α-芳基取代的环丁酮、结合亚甲基化与立体选择性硼氢化-氧化反应在四元环上引入羟甲基，以及利用易于制备且廉价的ABNO代替AZADO作为催化剂选择性氧化醇一步到酸。通过本合成研究，我们发展了一种简洁高效的、非对映选择性地构建新颖的6/6/4三环骨架的合成策略，实现了对目标天然产物的全合成，不仅确定了天然产物的绝对构型，也为其生源合成途径推测提供了依据，更为发现具有免疫抑制活性先导化合物奠定了坚实的合成研究基础。 第3章 香茶菜属植物二萜和五味子降三萜合成进展 香茶菜属（Isodon）植物是一类重要的药用植物类群，全世界共150余种，我国90余种，20余变种。目前已从中分离鉴定了1100余个二萜，涉及11种结构类型，在抗肿瘤、抗炎、抗病毒、免疫抑制等方面表现出了良好的生物活性。2005年以来，已有12个研究组对14个具有不同结构类型的香茶菜属植物二萜进行了全合成，包括C-20位未被氧化的对映-贝壳杉烷型二萜pharicin A、pharicinin B、pseurata C、7-O-acetylpseurata C，C-20位被氧化的对映-贝壳杉烷型二萜longikaurin E、lungshengenin D、maoecrystal P，断裂的对映-贝壳杉烷型二萜maoecrystal Z、trichorabdal A、sculponeatin N，二萜二聚体hispidanin A，其他类型的对映-贝壳杉烷型二萜maoecrystal V，二环二萜S-trans-12E，4-labdadien-20,8β-olide和杂萜scopariusicide A。 五味子降三萜（schinortriterpenoids，SNTs）是一类五味子科植物，尤其是北五味子属（Schisandra）植物所含有的26到29个碳原子的三萜类化合物，与常规的环阿尔廷型三萜相比，这类化合物的3，4位和9，10位往往会发生氧化断裂和开环，在18位或者28位降碳，含有五元或者六元内酯侧链。该类化合物在抗HIV-1、抗血小板凝集、细胞毒、抗炎和昆虫拒食等方面表现出一定的活性。到目前为止，五味子降三萜家族已经分离鉴定出了包括16种骨架超过200个成员。目前已有9个五味子降三萜和3个此类家族类似物被全合成。杨震课题组完成了外消旋schindilactone A的全合成和propindilactone G的不对称全合成以及天然产物类似物19-dehydroxyl arisandilactone A和lancifodilactone Gacetate的全合成，李昂课题组完成了rubriflordilactone A和rubriflordilactone B的不对称全合成，英国牛津大学的Anderson教授完成了光学纯的rubriflordilactone A的全合成，南开大学的汤平平教授完成了schilancitrilactonesA-C、schilancidilactones A和B以及差向异构体20-epi-schilancitrilactone A的全合成。