化学工业是当代工业发展的支柱产业之一,而化学工业的发展离不开催化剂。在不同的化学反应中选择合适的催化剂可以加速反应、降低反应成本、提高产品质量、得到普通合成方法不能制备的产品,从而实现能源来源多样化、降低能耗和提高利用率。催化剂的使用在工业经济效益提高的过程中起到了不可估量的重要作用,对于像我们这样能源相对短缺的国家而言具有重大的现实意义和战略意义。从历史悠久的有机金属络合物催化剂,到简单活泼的有机小分子催化剂,再到新兴发展的纳米材料催化剂,人们都希望使用的催化剂高效、温和、绿色环保、低腐蚀性等。有机金属络合物催化剂和有机小分子催化剂都具有活性高、选择性好、反应条件温和等特点,而新兴的纳米催化剂由于纳米材料结构的特殊性使催化剂的效率更高、活性更大。但是这些催化剂同时也存在着一些缺点。比如,大多数有机金属络合物催化剂都对水和空气敏感,并且结构都较复杂、催化剂的合成步骤繁琐;有机小分子催化剂大多数热稳定性较差,在一些高温反应中不可使用,限制了其适用性;同时这两类催化剂都难以分离、回收及再生。而纳米材料催化剂弥补了这方面的缺陷,易分离、易回收、可循环使用,但是由于其比表面积大、表面能高,极容易团聚,金属纳米材料催化剂颗粒小、表面原子配位不饱和度高,易与空气中的氧气发生氧化反应。因此,本论文从分子材料和纳米材料多角度研究了催化有机合成反应,以期推动解决各类催化剂中存在的以上问题。本论文通过选择合适的小分子催化剂或者设计新型的纳米复合结构催化剂,及对催化反应条件的筛选,实现了各个催化有机反应体系中的高活性和高选择性。作为催化有机合成体系的有效补充,充分地解决了传统有机合成应用过程中产生的环境污染等问题,实现了催化剂的高效化和绿色化,争取推动催化剂和催化反应在有机合成化学领域及化学工业生产中的应用。主要的研究内容如下:(1)芳香族偶氮化合物的合成:从多种贵金属盐中筛选出乙酰丙酮钯作为催化剂,通过硝基苯的还原偶联反应高效地应用于芳香族偶氮化合物的合成;在温和的反应条件下,通过选择氢气和异丙醇两种不同的氢供体研究该钯催化剂在“绿色”反应条件下的催化性能。此外,从经济效益角度出发,尝试使用普通金属铜催化剂代替贵金属催化剂应用于偶氮化合物的合成中,通过苯胺的氧化偶联反应得到目标产物。通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、原子吸收(AAS)等表征手段来研究催化剂,同时结合气相色谱(GC)、核磁(NMR)、质谱(MS)等测试对催化有机反应的产物进行表征,提出了合适的反应机理来解释反应现象,从而构建多个绿色催化反应体系。(2)苄胺氧化反应:作为普通金属铜催化反应体系的补充,通过调控配体的种类尝试苄胺的氧化反应。在温和的反应条件下,加入不同的反应配体可以使苄胺高选择性地生成苯甲腈或者二苄亚胺,进一步研究了铜催化剂在“绿色”反应条件下的高催化活性。同样,通过扫描电镜(SEM)、气相色谱(GC)、核磁(NMR)、质谱(MS)等测试对反应进行研究,提出了合适的反应机理来解释反应现象,从而构建了一个苄胺氧化反应的绿色催化体系。(3)纳米材料的合成及其催化性能研究:通过设计,化学还原法合成了尺寸均一的复合纳米材料,对材料进行了透射/高分辨透射电镜(TEM/HRTEM)、高角度环形暗场(HAADF)、面扫、线扫、光电子能谱(XPS)、X-射线衍射(XRD)等测试,研究其表面形貌、价态等和催化性能密切相关的参数。以该复合纳米材料为催化剂,在温和的反应条件下,应用于硝基苯的还原反应,研究了纳米催化剂的催化性能和循环利用性能,构建绿色的纳米催化反应体系。这些催化材料都具有比传统催化剂更高的催化活性和选择性,并且反应条件温和、绿色,适用的范围很广,为在工业生产上的广泛应用提供了潜在的空间。