近年来,C-H键活化和催化偶联反应由于其简洁高效、环境友好和原子经济性等优点,在有机合成领域中发挥着重要作用。因此,本论文利用C-H键活化反应和催化偶联反应设计、合成了多系列新型吡嗪和喹啉类含氮杂环化合物。同时,本论文对代表性化合物进行了热稳定性、热裂解分析,以及卷烟加香感官评价研究,以期开发出新型氮杂环类香料前体,为它们在高温加工食品、卷烟工业上的应用提供理论支撑。1.研究了钯催化吡嗪氮氧化物的烯基化反应。该方法以吡嗪类氮杂环氮氧化物和烯烃为底物,在Pd(OAc)2的催化下,以高达93%的收率合成了一系列烯基取代吡嗪类化合物(Scheme 1)。该方法的优点是原料易得,反应操作简单,简洁高效。代表性化合物的热裂解分析表明:3a裂解后有吡嗪类化合物的坚果香、烘焙香、壤香和甜香等特征香味;3f和3g裂解后除了有吡嗪类化合物的特征香味,分别还有苯甲醇的杏仁香和2-甲基噻吩的花草香。在有氧氛围下,裂解产物种类较多,并且裂解释放的香味化合物相对含量较高。2.研究了无过渡金属参与的吡嗪氮氧化物的烷基化反应。该方法以吡嗪类氮杂环氮氧化物和环醚为底物,在TBHP的作用下,以中等到优异的收率合成了一系列烷基取代吡唪类化合物,底物普适性较好(Scheme 2)。反应机理研究表明,该反应是自由基参与的交叉脱氢偶联反应。该方法的优点是原料易得,简洁高效,环境友好。代表性化合物的热裂解分析表明:6a和6i热裂解后有吡嗪类化合物的坚果香、烘焙香、壤香和甜香等特征香味。裂解氛围对裂解产物种类有较大的影响,有氧条件有益于香味化合物的释放。3.研究了铜催化喹啉氮氧化物的C-2位硫化反应。该方法以喹啉类氮杂环氮氧化物和二硫醚为底物,以高达90%的收率合成了一系列芳基硫取代喹啉类化合物(Scheme 3),并提出了可能的反应机理。该方法具有原料易得,简洁高效和步骤经济性的特点。代表性化合物的热裂解分析表明:①9f裂解后产生了具有辛香、杏仁香和焦糖香的裂解产物;②9h产生了具有煮牛肉香、壤香和甜香的裂解产物;③9o产生了具有煮牛肉香、杏仁香和甜香的裂解产物。这些裂解产生的香味化合物的相对含量在有氧氛围下比无氧氛围下高。4.研究了铜催化喹啉类氮杂环溴化物与秋兰姆二硫化物的交叉偶联反应。该方法以高达98%的收率合成了一系列喹啉类氮杂环二硫代氨基甲酸酯化合物(Scheme 4),并对反应机理进行了推测。该方法底物普适性较强,具有原料易得,条件温和,简洁高效的优点。代表性化合物的热裂解分析表明:①13i裂解后能产生酚香、糖浆香和红萝卜香的特征香味;②13q裂解后能产生坚果香和灯笼椒香的特征香味。裂解氛围对热裂解产物种类影响不大,同时有氧氛围下香味化合物的相对含量较高。5.代表性化合物的卷烟加香感官评价。卷烟加香感官评价结果表明:化合物3f和6a在单料烟中的最优添加浓度分别为2 mg/kg和4 mg/kg,与空白对照组相比,卷烟的香气特性、烟气特性和口感特性等方面均得到了有效改善。化合物3f和6a在叶组配方烟中的最优添加浓度均为2 mg/kg,此时卷烟的香气量充足,谐调性较好,杂气减轻,刺激性降低,并且余味比较干净舒适。