伴随着纳米科技和绿色有机合成的发展和结合,由各种载体稳定的负载型金属纳米催化剂引起了广泛关注。相比传统的金属催化剂,它们具有环境友好,催化活性高,可循环使用等许多优势,更加符合可持续发展和低碳经济的需求。与此同时,作为一种重要的生物高分子,DNA(脱氧核糖核酸)可以作为合适的载体负载和稳定金属纳米粒子。但高成本和低产量限制了这类DNA负载金属纳米粒子的发展和应用。在此基础上,考虑到以上两方面的结合,本论文主要研究了以便宜易得的天然DNA分子作为载体的新型负载型金属纳米(粒子)催化剂。全文共分三个部分,第一部分综述了负载型金属纳米催化剂的发展以及DNA作为载体在负载金属纳米粒子中的应用;第二部分研究了天然DNA负载的金属纳米粒子的制备和相应的表征;第三部分则将其作为DNA负载的金属纳米催化剂应用到诸如还原反应,氧化反应以及复杂串联反应等多种有机合成反应中,并探索了其高催化活性与其独特结构之间的联系。首先,我们第一次采用廉价的天然DNA分子作为载体,通过化学还原方法,合成了水溶性DNA负载的金属纳米粒子(金属-DNA纳米杂合物)。我们发现该新型纳米杂合材料同时保持了金属纳米粒子和载体DNA的优秀性质,如良好的水溶性,空气稳定性,以及在不同溶剂中的溶解可逆性等。通过多种表征方法,我们发现金属纳米粒子与DNA之间存在着较强的配位相互作用,并且证明这些相互作用大多是发生在DNA分子中的碱基对处。该合成方法具有很高的普适性和实用性,可以扩展到多种金属,可重复性好,并且适用于大量生产,合成出的金属-DNA纳米杂合物性质特殊,具有非常广阔的应用前景。随后,我们将这些DNA负载金属纳米粒子作为催化剂应用到不同的有机反应中,取得了令人满意的结果。Pd-DNA在硝基类化合物氢化还原为胺反应中展现出高催化活性,反应无需高温高压等极端条件,同时催化剂可以循环使用5次。在此基础上,我们还发现不同的M-DNA在反应中表现出不同的高化学选择性:Pd-DNA的对于不同基团催化的选择性大体为:烯键>硝基>>羰基;而Pt-DNA则优先选择性还原硝基而保留烯键。通过和其他负载型金属纳米催化剂对比,我们认为M-DNA展现出的的高化学选择性是整个水溶性M-DNA纳米杂合物催化体系中多个组成部分共同作用的结果。在二级醇的需氧型氧化反应中,Au-DNA具有很好的催化效果,可以在温和条件下高产率的得到相应的酮,最高可达定量转化,并且催化剂可以重复利用7次以上。我们进一步将Au-DNA应用到催化醇和胺氧化酰胺化的串联反应中,一锅法直接从各种简单的醇和胺制备了酰胺类化合物。该反应极大简化了之前工作中的苛刻条件,底物适应性更加广泛,催化剂同样可以循环使用5次。我们对Au-DNA在该反应中的高催化活性以及整个串联反应的机理进行了细致研究。Au-DNA水溶液这一独特的催化体系决定并促进了酰胺的生成,同时Au纳米粒子与载体DNA之间强度合适的相互作用亲和力也使得Au-DNA在保持高稳定性的同时具备更高的催化活性,最终取得良好的催化效果。综上所述,我们发展了一类新型的DNA负载的金属纳米催化剂,它们具有许多独特的性质,在有机合成反应中表现出很高的催化性能,具有非常实际的应用价值,为绿色有机合成和金属纳米催化剂的发展提供了新的思路和方向。