过渡金属催化的Suzuki偶联反应和Hashmi酚类合成反应在药物研发、合成中占有重要的地位,聚焦了众多科研工作者的关注。药物合成的快速发展得益于过渡金属催化剂的广泛应用。近年来随着绿色化学概念的提出,有机合成反应朝着绿色、经济、环保的方向发展。要求催化剂具有高活性、低成本、易循环的优点,开发新型、高效金属催化剂已成当务之急。环保、经济的高活性金属纳米催化剂在迫切需求下应运而生。揭示催化剂结构-活性（structure-activity relationship,SAR）关系对于设计高活性纳米催化剂至关重要,实验结合理论计算有望解决这些问题。本工作介绍了树状大分子包覆Pd₁₄₇和Pd_xM_147-x（M=Cu,Pt,Au,Rh,Ru）纳米粒子（dendrimer encapsulated nanoparticles,DENs）的合成、表征并催化Suzuki偶联反应的实验与理论研究,此外本文还从理论上研究了单壁金纳米管Au（6,m）（m=0,1,2,3）（Single-Walled Nanotubes,SWNTs）催化Hashmi酚类合成反应,具体结果如下:首先,从实验上合成了一系列Pd_xM_147-x（M=Cu,Pt,Au,Rh,Ru）DENs,实验数据表明合成的Pd_xM_147-x（M=Cu,Pt,Au,Rh,Ru）DENs的纳米粒子直径在1.47².27 nm范围类,粒径与147个原子组成的闭壳式八面体理论结构模型粒径一致。Pd_xM_147-x（M=Cu,Pt,Au,Rh,Ru）DENs催化Suzuki偶联实验表明合金纳米粒子催化活性有显著差异性。其中Pd₇₄Pt₇₃、Pd₇₄Au₇₃、Pd₇₄Rh₇₃、Pd₇₄Ru₇₃ DENs的催化活性较低。Pd₇₄Cu₇₃ DENs与Pd₁₄₇ DENs具有相近的催化活性。Pd_xCu_147-x DENs催化活性研究表明催化剂活性随着Pd原子含量升高而增大,当Pd:Cu=1:1时,催化活性趋于平稳。此外,Pd₇₄Cu₇₃ DENs能催化多种反应底物,具有良好的底物适应性。实验结果表明Cu是合成高活性、低成本纳米催化剂的理想掺杂剂。本文还基于密度泛函理论探讨了Pd₁₄₇和Pd₇₄Cu₇₃ DENs催化Suzuki偶联的反应机理,揭示催化循环过程中Cu原子的作用。计算结果表明催化循环中Cu原子能有效降低Suzuki偶联反应中金属转移过程的能垒,改变反应决速步骤,Pd₁₄₇ DENs催化的Suzuki偶联反应决速步为金属转移,而Pd₇₄Cu₇₃ DENs在催化过程中的决速步为还原消除,这两个决速步的反应能垒基本相当。因此可以解释Pd₁₄₇ DENs和Pd₇₄Cu₇₃ DENs具有相近的催化活性。此外,差分电子密度的研究表明,Cu的引入降低了纳米催化剂顶部和边缘位点的费米能级,削弱了反应中间体和Pd₇₄Cu₇₃ DENs附近原子轨道之间的相互作用,降低了产物的吸附能。本论文为设计高活性、低钯含量的新型催化剂提供了有价值的参考依据。本论文还基于密度泛函理论系统地研究了Au（6,m）（m=0,1,2,3）SWNTs催化ω-炔基呋喃环异构化（又名Hashmi-Phenol Synthesis）反应机理和电荷效应对反应机理的影响。ω-炔基呋喃环异构化反应沿5-exo-Friedel-Crafts（5-exo-FCT）机理进行时反应能垒最低,5-exo-FCT包含以下三个步骤:即双烯卡宾-金中间体的5-exo环化反应、呋喃开环反应和关环反应。在乙腈溶剂中,Au（6,0）、Au（6,1）、Au（6,2）和Au（6,3）SWNTs沿5-exo-FCT路径催化的ω-炔基呋喃的环异构化能垒均较低。然而,Au（6,m）SWNTs催化的反应限速步骤不同。从能量角度看,Au（6,0）和Au（6,3）SWNTs催化反应的速率限速步骤是形成闭环的二酮卡宾-Au中间体,而Au（6,1）和Au（6,2）SWNTs催化反应的限速决定步骤为呋喃开环步骤,这一差异是由Au（6,m）SWNTs表面上Au原子的d带中心的不同导致的。此外,阳离子Au（6,m）SWNTs比阴离子Au（6,m）SWNTs更适合催化ω-炔基呋喃的环异构化反应,阳离子Au（6,m）SWNTs在环化和闭环过程中显著降低了催化剂表面的底物吸附能和反应能垒。理论分析表明,Au（6,m）SWNTs的结构对催化性能有影响,阳离子Au（6,m）SWNTs有利于催化反应。本研究为ω-炔基呋喃的环异构化反应提供了新的研究思路,为Au-SWNTs在催化领域的应用提供了理论参考依据。