目前,人类利用的燃料和化学品主要来源于化石能源,主要包括煤炭,石油,天然气。但是,地球中的这些不可再生的化石能源正在逐渐的减少,长此已久可能无法满足人类对其日益增多的需求。另一方面,在化石能源的消耗中会带来相应的环境污染,如产生大量的二氧化硫,二氧化氮等有害气体,以及导致温室效应,土地沙漠化,空气污染等问题。因此,寻求可再生资源来替代化石能源成为当代社会的重要课题。生物质主要指通过光合作用形成的各种有机体,包括动植物和微生物。它们在地球中储量丰富,是自然界唯一可再生的有机碳源。其经过催化转化生成高附加值的化学品成为替代传统化石能源的一种非常有前景的途径。木质纤维素作为生物质中的一大种类,主要由40%-50%的纤维素,15%-25%的木质素以及20%-40%的半纤维素组成。其中,半纤维素是木质纤维素中的第二大组成部分,主要由木糖单元组成。其下游平台产物糠醛及乙酰丙酸(酯)的进一步加氢还原生成高附加值的γ-戊内酯的转化目前受到了广泛的关注。在它们经过还原转化为γ-戊内酯过程中,主要有两种加氢方式:一种是直接向反应中通入氢气做还原剂。尽管氢气在还原反应中已经有广泛的研究基础,但其在运输、存储和操作中都存在安全隐患。而另一种还原方式是使用有机氢源试剂做还原剂,例如醇类,甲酸和氢硅烷。这些还原剂也同样属于绿色氢源,对羰基化合物的还原有着非常高的选择性,并且可以克服高压氢气带来的安全隐患。本文中,我们合成了一系列以生物质衍生物壳聚糖作为载体的异相金属催化剂以及有机硼催化剂,并研究了分别以甲酸、醇类和氢硅烷为还原剂,在半纤维素下游的生物质平台产物糠醛和乙酰丙酸(酯)向高附加值化合物转化中的应用。(1)我们成功合成了一系列以可再生的壳聚糖(chitosan)作为载体的异相金属催化剂。其中chitosan-Ru催化剂在以甲酸作还原试剂,在还原糠醛生成糠醇和乙酰丙酸生成γ-戊内酯的过程中表现出非常优异的效果。我们继续使用chitosanRu/甲酸催化体系结合酸性分子筛ZSM-5做连接催化剂,实现了糠醛直接转化为γ-戊内酯的一锅法转化。我们考察了在一锅法中各种反应条件对反应的影响,比如催化剂用量,添加物的种类及用量,甲酸的用量等,最高可以得到最高79%产率的γ-戊内酯。并进一步将此催化体系应用于更接近生物质的木糖和半纤维素中,并分别得到了37%和30%的γ-戊内酯产率。进而,我们对chitosan-Ru催化甲酸氢转移过程以及一锅法生成γ-戊内酯的机理进行了研究。最后,在回收实验中,我们验证了催化剂在反应中可以保持较高的稳定性,在五次实验后,底物的转化率和产物的选择性都没有明显的改变。(2)研究了以异丙醇作还原试剂转化乙酰丙酸乙酯生成γ-戊内酯的MPV还原过程。继上一章中基础,合成了以生物质原料壳聚糖为载体负载金属的催化剂,其中chitosan-Zr在活化异丙醇还原乙酰丙酸乙酯中生成γ-戊内酯的过程中表现出非常高的效率,在160oC,8小时的条件下可以得到97%的γ-戊内酯产率。该体系还适用于很多醛类化合物的还原,如芳香,脂肪,环状等醛类化合物。(3)生物质平台化合物乙酰丙酸的胺化还原是其实现价值化的一个新途径。在本章中,我们以氢硅烷作为有机氢源,三五氟苯基硼作为路易斯酸催化剂。发现该体系可以高效的活化硅氢烷,并成功的将乙酰丙酸胺化还原成N-取代酰胺类产物。通过对氢硅烷用量的控制,可以选择性的合成氮-取代吡咯烷酮和氮-取代吡咯烷等化合物。进一步通过核磁反应,对生成N-取代吡咯烷酮的路径及机理进行了相关的研究。