天然产物是新型抗病毒剂发现与创制的宝库。骈双四氢呋喃木脂素是自然界常见的天然产物,具有丰富的生物活性,但由于其自然资源有限、结构复杂等问题,制约了其农用生物活性的研究开发。透骨草灵-Ⅱ是从透骨草中分离的一种骈双四氢呋喃木脂素类化合物,具有潜在的农用活性。本论文以天然产物透骨草灵-Ⅱ为先导化合物,合成了118个目标化合物(系列I-IV)。首先开发了透骨草灵-Ⅱ及其衍生物(系列I)的高效全合成方法,并发现其具有良好抗烟草花叶病毒(TMV)活性;随后以天然产物透骨草灵-Ⅱ为先导化合物,通过结构简化策略设计合成了一系列具有抗TMV活性的去乙酰酯基透骨草灵-Ⅱ及其衍生物(系列Ⅱ);以系列Ⅱ合成中间体为先导,通过结构多样化修饰策略设计合成了两类具有抗TMV活性的含芳基的γ-丁内酯化合物(系列ⅡI和IV);并对系列Ⅱ、ⅡI和IV中高活性化合物的抗病毒机理进行了初步研究。主要研究内容如下:(1)以市售芝麻酚为原料,通过9步合成了14个天然产物(±)-透骨草灵-Ⅱ及其衍生物(系列I),关键反应包括Zn介导的Barbier型烯丙基化反应和Cu催化的O-芳基化Chan-Lam-Evans交叉偶联反应。通过核磁共振氢谱、碳谱及高分辨质谱确认(±)-透骨草灵-Ⅱ及其衍生物的结构。Staurosporine IC50生物活性测试表明:许多目标化合物对TMV具有良好的抗病毒活性。其中,(±)-透骨草灵-Ⅱ(CL13900I-1)在500μg/m L浓度下表现出较好的对TMV钝化、保护和治疗活性(77.4%、59.2%和49.3%),与阳性对照宁南霉素(75.5%、59.4%和42.1%)相当。因此,天然产物透骨草灵-Ⅱ可作为抗TMV候选化合物或先导化合物进一步研究。(2)为了简化合成步骤,以透骨草灵-Ⅱ为先导化合物,通过结构多样化修饰策略,以β-乙烯基-γ-丁内酯和芳香醛为原料经4-5步合成了37个去乙酰酯基透骨草灵-Ⅱ衍生物(系列Ⅱ)。抗TMV活性测定结果表明,许多目标化合物对TMV也具有良好的抗病毒活性。其中,去乙酰酯基透骨草灵-Ⅱ(Ⅱ-a1)的钝化活性(EC_(50)=175.5μg/m L)略优于先导化合物透骨草灵-Ⅱ(EC_(50)=191.2μg/m L),该结果表明在3,7-二氧杂双环[3.3.0]辛烷骨架中C-1的乙酰酯基(-OAc)对抗TMV活性影响较小。另外,化合物Ⅱ-a24表现出优异抗TMV活性,在500μg/m L浓度下钝化、保护和治疗活性(89.3%、54.0%和46.7%)优于阳性对照宁南霉素和利巴韦林。初步的抗病毒机理研究表明,化合物Ⅱ-a24能够破坏病毒粒子的完整性,与TMV外壳蛋白(CP)表现出较强的结合能力(K_d=1.721μM),说明化合物Ⅱ-a24的作用靶标可能是TMV-CP。(3)系列Ⅱ的关键中间体——含苄醇的γ-丁内酯化合物3-3a和3-3b在500μg/m L浓度下具有良好的抗烟草花叶病毒钝化活性(73.7%、74.4%)。因此,以化合物3-3a和3-3b为先导,通过结构多样化修饰策略,设计合成了68个含芳基的γ-丁内酯类化合物(系列ⅡI和IV)。抗植物病毒活性测试结果表明,许多目标化合物对TMV具有较好的抗病毒活性。其中,化合物ⅡI-a7在500μg/m L浓度下表现出优异抗TMV活性,其抗TMV钝化、保护和治疗活性分别为87.8%、71.7%和67.7%,优于阳性对照宁南霉素和利巴韦林。另外,对化合物ⅡI-a7的两个非对映异构体的抗TMV活性研究表明:顺式异构体(syn-ⅡI-a7)(EC_(50)=120.7μg/m L)的钝化活性与ⅡI-a7相当(EC_(50)=128.7μg/m L),略优于反式异构体(anti-ⅡI-a7)(EC_(50)=1colon biopsy culture52.4μg/m L)。初步的抗病毒机理表明,化合物syn-ⅡI-a7对TMV-GFP在本氏烟草体内的增殖具有明显的抑制作用,q RT-PCR检测结果表明,化合物syn-ⅡI-a7处理下的烟草叶片中TMV-GFP的相对表达量显著下降,在浓度100μM和200μM下的表达量分别为对照组的0.67倍和0.23倍;烟草叶片中的色素含量(叶绿素a、b、a+b及类胡萝卜素)随化合物syn-ⅡI-a7的浓度的增加而增加,该结果同样佐证了化合物对TMV的增殖具有抑制作用,从而减轻TMV对烟草叶片的损伤。利用透射电镜观察化合物syn-ⅡI-a7处理的TMV粒子,可以明显观测到TMV粒子的完整性被破坏。进一步的ITC滴定实验表明,化合物syn-ⅡI-a7对TMV-CP表现出较强的结合能力(K_d=1.426μM),略优于利巴韦林(K_d=1.699μM)。因此,推测化合物syn-ⅡI-a7可能通过与TMV-CP结合,从而抑制TMV对植物的侵染。综上所述,本研究开发了骈双四氢呋喃木脂素透骨草灵-Ⅱ及其衍生物(系列I)的高效全合成路线,通过结构简化和结构多样化修饰策略,设计合成了去乙酰酯基透骨草灵-Ⅱ及其衍生物(系列Ⅱ)和含芳基的γ-丁内酯类化合物(系列ⅡI和IV);通过抗TMV生物活性测定发现了多个抗TMV高活性化合物;初步抗病毒机理表明高活性化合物Ⅱ-a24和syn-ⅡI-a7都可能作用于TMV-CP。本论文的研究结果为新型TMV抑制剂的开发提供了候选化合物或先导化合物,同时为新型抗植物病毒剂的开发奠定了坚实的理论基础,对于保障作物安全具有十分重要的意义。